私たちの周りにあるものはすべて質量があります。質量というと、私たちはすぐにこの測定を行う秤を想像します。ただし、質量の物理的定義は、私たちが知っており日常的に使用しているものとは少し異なります。物理学では、初速度の値に関係なく、物体 (または材料) の質量は、その速度を変えることの難しさの尺度として考慮されます。質量を知るこの方法は、 慣性質量と呼ばれました。しかし、この概念はアルバート・アインシュタインが提唱した相対性理論によって大きく変わりました。
アルバート・アインシュタインは理論の中で、真空中ではいかなる物体も光速を超えることはできないと述べました。彼はまた、その理論の中で、物体が光の速度に近づくほど、その速度を変えることがより困難になると提案しました。
アインシュタインは、自身の公準で提案された概念を通じて、物体の慣性質量は常に同じ値を持つという理論を再定式化しました。相対性理論によれば、質量は静止している物体の慣性質量とその速度に依存します。したがって、アインシュタインは理論の中で、速度が大きくなるほど慣性質量も大きくなると述べています。
よりよく理解するには、秒速 285,000 km に非常に近い物体の速度を想像してください。この物体の慣性質量は、静止時の物体の慣性質量と比較してほぼ 3 倍大きくなります。すべては、あたかも体の運動エネルギーの増加によって慣性質量が増加したかのように起こります。ただし、運動エネルギーは質量と速度に依存するため、理論では質量とエネルギーの間に関係があることが認められています。
相対性理論は、運動エネルギーと質量は等しいと主張しています。そして、あらゆる形態のエネルギーは慣性質量に等しい、つまり、速度の変化に対する抵抗として現れる可能性があるとも述べています。これは、金属片が室温にある場合よりも加熱された場合の方が質量が大きくなるということを意味します。
したがって、相対性理論は、有名な方程式を通じて質量とエネルギーの等価性を表します。
E= mc2
この方程式は次のように解釈できます。物体の総エネルギー ( E ) は、その慣性質量 ( m ) と光速度の 2 乗 ( c 2 ) の積に等しいです。
この式により、運動エネルギーの各ジュールが慣性質量を 1.1 x 10 -17 kg 増加させることも予測できます。
このように、相対性理論は質量とエネルギーの保存則に代わる新たな保存則「質量エネルギー保存則」を提案したと言えます。その応用範囲は核反応にあり、粒子の速度が光速に近いため、質量のエネルギーへの変換がより簡単に検出できます。
速度が遅い日常の現象では、質量とエネルギーの等価性は知覚できません。したがって、エネルギー保存の法則を適用して得られた予測と結果は依然として有効です。