ヒッグス粒子と重力についてです。


だいぶ前に光には質量が無いという話がありました。

そして光は重力によって曲がるという話もありました。

ここで疑問が浮上します。

質量のある全物質同士が互いに引き合うという万有引力の法則に従うと、

"光には質量がない"のに"光は重力によって曲がるという話"は矛盾していないかと不思議です。

ビッグバンの発生から1兆分の1秒以内だけ光速で運動できた物質がヒッグス粒子と融合し、

この現象から質と量、なり、質量が成立したということが分かりません。

赤外線と水の重さについて資料では次のとおりです。

「水に赤外線が注がれると赤外線の持つ力が水に吸収されて水は重くなるが光と赤外線は別種。」

太陽光の中の赤外線が持つエネルギーは質量のない光によって大地に注がれる、

というのが更に正確な意見のようです。

それでも素人には矛盾に感じられます。

上記を読み返すとビッグバンの発生から1兆分の1秒以内に光速度で動けた"何らかの物質"を、

ヒッグス粒子が吸収した("何らかの物質"=光、と誤読できる内容だった)とも考えてはいます。

詳しい方、教えて頂けたら嬉しいです。

回答の条件
  • 1人5回まで
  • 13歳以上
  • 登録:2012/09/21 06:47:59
  • 終了:2012/09/25 16:53:18

ベストアンサー

id:matryosika No.3

matryosika回答回数36ベストアンサー獲得回数142012/09/24 01:31:36

ポイント70pt

1.光が重力場によって曲がるということについて
相対論では重力は力というよりも「時空の曲率」として表現されるため、光は曲率を持った(曲がった)時空に沿って進み、光自身も曲がります。正確に言うならば、光はフェルマーの原理に従って経路が決定されます。この原理は「到達時間が最小になるような経路を光が進む」というものです。

2.ヒッグス粒子について
現在の宇宙はヒッグス場なるものの影響を受けて素粒子が質量を獲得しています。「場」というものは説明がしづらいですが、磁力に置き換えると、磁石は磁場の影響を受けて磁力を生じます。ここにも場が存在するのです。磁場からは磁力、電場からは静電気力、ヒッグス場からは質量が生まれたのです。場は「場の量子論」によって粒子と等価になりますが、粒子よりも、広がりを持ったイメージの場のほうが説明しやすいので場で説明します。宇宙創成時は空間のヒッグス場の大きさが0だったのが、温度低下に伴って0ではなくなり、素粒子がヒッグス場の影響を受けるようになり、質量獲得につながったと考えられています。もちろん、ヒッグス場からの影響には粒子によって差があり、これにより、重い粒子も軽い粒子も質量がゼロの粒子も存在します。しかし、ヒッグス場はすべての質量獲得を説明できるわけではありません。ニュートリノやヒッグス粒子自身の質量はヒッグス場では説明ができないのです。これらについては量子重力理論の完成を待たなければならないようです。

3.光が当たると質量が増えるか?
赤外線が当たった水は熱を持ちます。熱は、分子運動と考えることができますが、運動している物体は特殊相対論によると(この場合はごくわずかですが)質量が増えます。これを運動質量と呼びます。

id:doa165

書き込みありがとうございます。
かなりプロっぽい解説をして下さり誠に感謝しております。
分かり易く、それでも、自分の知識不足で新たに聞きたいことも出てきました。
それから赤外線と水の関係は仰るとおりで現在の精密な計測器での計測は不可能、
という風なことが書いてあります。
続きとして、蓄えられた熱は外野に放射され、熱はより低い場所に向うと書いてあります。
熱は放射されたら上昇すると思ったので意外な発見となりました。
またよろしくお願いいたします。
ありがとうございました。

2012/09/25 16:50:58

その他の回答(2件)

id:takejin No.1

たけじん回答回数1469ベストアンサー獲得回数1892012/09/21 09:07:20スマートフォンから投稿

ポイント14pt

ヒッグス粒子等の質量の話は置いておいて、(ややこしくてよくわからない)
光は重力によって曲がるという話について

1 質量は空間を歪ませ、大きな質量は空間のゆがみが大きくなる
2 光は空間に沿って進むため、空間のゆがみにも沿って進む。
3 大きな質量によって歪んだ空間にそって進む光は、あたかも曲がったかの様に見える。
4 大きな質量の作り出す空間のゆがみは、一般には強い重力として観測される。
つまり、強い重力が観測される点では、光が曲がって進んでいるわけです。光に直接重力が作用しているわけではない、という考え方の方が近いかと思われます。

「水に赤外線が注がれると赤外線の持つ力が水に吸収されて水は重くなるが光と赤外線は別種。」
この現象、知りませんが。出典はどちらでしょうか。
赤外線は光そのものです。
電磁波を受けて、水の質量が大きくなる現象は初めて聞きました。

id:doa165

どうも書き込みありがとうございます。
光が通過する時に重力で曲がるのかと思ったら、
光が通過する前から重力で曲げられた空間を飛んでいるということは、
よく似たことを考えておきながら光が通過した場合について、
迂闊にも考えていなかったので漸く納得できました。
ありがとうございます。

2012/09/25 16:41:00
id:oil999 No.2

oil999回答回数1728ベストアンサー獲得回数3202012/09/21 11:25:49

ポイント16pt

"光には質量がない"のに"光は重力によって曲がるという話"は矛盾していないかと不思議です。

万有引力の法則ではそういう疑問が出ますが、一般相対性理論では重力によって空間が歪んでいると考えます。歪んだ空間に沿って光は進むため、曲がっているように見えるのです。

ビッグバンの発生から1兆分の1秒以内だけ光速で運動できた物質がヒッグス粒子と融合し、
この現象から質と量、なり、質量が成立したということが分かりません。

ビッグバンの発生から1兆分の1秒以内は、すべての素粒子の質量がゼロでした。すべての素粒子は光速で運動が可能でした。
ところが1兆分の1秒を過ぎる頃に真空の相転移という現象が起き、真空はヒッグス粒子で満たされました。クォークやレプトンはヒッグス粒子と反応を起こしブレーキがかかるようになったため、これが「質量」と見なされるようになったわけです。
一方で光子はヒッグス粒子と反応しないため、今日まで質量はゼロのままです。

水に赤外線が注がれると赤外線の持つ力が水に吸収されて水は重くなる

水に赤外線を投射しても温度(エネルギー)が上がるだけで、質量は変わりません。

id:doa165

書き込みありがとうございます。
万有引力の法則と一般相対性理論から見た違いについては、
正直なところ分かっていないのですが最も関心があります。
それからビッグバンの発生から1兆分の1秒以内に存在したものが、
光だけだったのかと思ったら意味を取り違えていました。
勉強になりました。
ありがとうございます。

2012/09/25 16:41:03
id:matryosika No.3

matryosika回答回数36ベストアンサー獲得回数142012/09/24 01:31:36ここでベストアンサー

ポイント70pt

1.光が重力場によって曲がるということについて
相対論では重力は力というよりも「時空の曲率」として表現されるため、光は曲率を持った(曲がった)時空に沿って進み、光自身も曲がります。正確に言うならば、光はフェルマーの原理に従って経路が決定されます。この原理は「到達時間が最小になるような経路を光が進む」というものです。

2.ヒッグス粒子について
現在の宇宙はヒッグス場なるものの影響を受けて素粒子が質量を獲得しています。「場」というものは説明がしづらいですが、磁力に置き換えると、磁石は磁場の影響を受けて磁力を生じます。ここにも場が存在するのです。磁場からは磁力、電場からは静電気力、ヒッグス場からは質量が生まれたのです。場は「場の量子論」によって粒子と等価になりますが、粒子よりも、広がりを持ったイメージの場のほうが説明しやすいので場で説明します。宇宙創成時は空間のヒッグス場の大きさが0だったのが、温度低下に伴って0ではなくなり、素粒子がヒッグス場の影響を受けるようになり、質量獲得につながったと考えられています。もちろん、ヒッグス場からの影響には粒子によって差があり、これにより、重い粒子も軽い粒子も質量がゼロの粒子も存在します。しかし、ヒッグス場はすべての質量獲得を説明できるわけではありません。ニュートリノやヒッグス粒子自身の質量はヒッグス場では説明ができないのです。これらについては量子重力理論の完成を待たなければならないようです。

3.光が当たると質量が増えるか?
赤外線が当たった水は熱を持ちます。熱は、分子運動と考えることができますが、運動している物体は特殊相対論によると(この場合はごくわずかですが)質量が増えます。これを運動質量と呼びます。

id:doa165

書き込みありがとうございます。
かなりプロっぽい解説をして下さり誠に感謝しております。
分かり易く、それでも、自分の知識不足で新たに聞きたいことも出てきました。
それから赤外線と水の関係は仰るとおりで現在の精密な計測器での計測は不可能、
という風なことが書いてあります。
続きとして、蓄えられた熱は外野に放射され、熱はより低い場所に向うと書いてあります。
熱は放射されたら上昇すると思ったので意外な発見となりました。
またよろしくお願いいたします。
ありがとうございました。

2012/09/25 16:50:58
  • id:num-lock
    質問文を拝見させて頂きましたが、ひょっとしたら、質問者さまは質量と重力を混同されているのではないかと思いました。
    ヒッグス粒子に関する一部報道では「全ての物に重さを与える」といったような表現がされていたので
    誤解を生んだのかもしれませんね。
    いい加減に解説してみます。不十分でしたらすみません。



    1. 重力について
    一般相対論やニュートンの万有引力は、重力内の粒子の振る舞いを記述するためのルール、法則といったところです。
    一般相対性理論において質量が軽い(重力場が小さい)という近似を取ると特殊相対論になり、
    特殊相対論において物体の速度が光速より十分遅いという近似をとるとニュートン力学が出てきます。
    これら3つは別に矛盾するものではなく、一般相対性理論の方がニュートンの万有引力よりもより正確な理論だと思うといいと思います。
    一般相対性理論でニュートン力学は説明できますが、その逆はできません。



    2. 質量について
    質量とは個々の粒子の持つ性質です。重力とは別のものです。
    質量が変わっても、重力の理論は変更されません。

    例えば僕がお菓子をたくさん食べて太ると質量が増え、僕の動き方が変わります。
    僕はより地球に引っ張られ、また、走るのにもよりエネルギーが必要になるでしょう。
    これらはニュートン力学や相対論に従っていて、(多少質量が増えたところで)それらが破綻するという事はありません。



    3. ヒッグス粒子について
    ヒッグス粒子は特定の粒子にくっついて、それらに質量があるかのごとく振る舞う粒子です。
    (特定の粒子: ウィークボゾン(弱い相互作用を媒介する粒子)や、クォーク、レプトンなどです。)
    ヒッグス粒子が重力を生んでいるわけではありません。




  • id:t-tanaka
    >"光には質量がない"のに"光は重力によって曲がるという話"は矛盾していないかと不思議です。

    ここだけ。光に質量はあります。

    ご存じのように質量とエネルギーは等価です。多くの粒子の質量は「静止質量+運動エネルギー」で表すことができます。光は静止質量が0です。しかし光速で運動していますので後者の運動エネルギーに由来する質量を持っています。

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