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光とは何か
光は粒子か波か
光は粒子でしょうか、それとも波でしょうか。それを考えるには、何故光は光速を超えて進まないのかがヒントになります。光が粒子であれば、更にエネルギーを加えると、幾らでも速く動きそうです。しかし、現実にはその様なことは起こりません。それは何故でしょうか。
超ひも理論
現在の物理学では、「超ひも理論」が最も有力視されています。そして、宇宙を次の様に想定します。
宇宙開びゃくの瞬間、宇宙は非常にエネルギーの高い状態にあり、個々の「超ひも」は自由に空間を動き回っていました。しかし、宇宙のエネルギーが、100Gevになった時、「超ひも」は第三回目の相転移を起こしました。相転移とは、水蒸気が冷えて氷となる様な現象を言います。水蒸気として自由に動き回っていた水の分子は、冷えて相転移を起こし氷の分子として固定され、もはや自由には動き回ることが出来なくなります。
ビッグバンの初期には、「超ひも」は光速を超えて自由に移動していました。しかし、宇宙のエネルギーの低下に伴い、宇宙は相転移を起こし、「超ひも」は固定され網状に繋がったと考えます。
そして、その「超ひもの網」の上を、物質や光及び重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの力は、振動として伝わると考えます。つまり、物質が移動して見える現象は、実は超ひもの物質としての振動が、次々と隣の超ひもに伝わる現象であると思います。そして、「超ひも」の振動自体が光速で伝わるので、何ものも光速以上で伝わることは出来ないのです。
本来は物質も光と同様に、光速で「超ひもの網」上を伝わろうとします。しかし、「超ひもの網」である空間にはヒッグス場があり、物質がその中を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付き動き難さである質量を与えます。その為に、物質は光速未満でしか動くことが出来ないのです。
光のエネルギー
この様に、光も物質も超ひもの振動です。そして、光と物質の持つエネルギーは下記の式で求めることが出来ます。
①Ｅ([J])＝h[Js]×v[Hz]
光の質量
一本の超ひもの振動数が少ないと光と見え、振動数が多くなると物質と見えます。
そして、質量とエネルギーは等価です。質量をエネルギーに直すには、②「E=mc2」を使います。ですから、①と②より光の質量を求めることが出来ます。
可視光線は、紫から赤までです。赤い光は3.9×1014[Hz]・紫の光は7.9×1014[Hz]です。1Hzは1秒間に１回振動する光です。そのエネルギー量が、6.626069×10-34[J]であることは、既に説明しました。
赤い光の1秒当たりの振動回数ν回/秒=3.9×1014回
紫の光の1秒当たりの振動回数ν'回/秒=7.9×1014回
です。ですから
赤い光のエネルギー量E=h[Js]×3.9×1014回/秒= 2.584166×10-19[J]
紫の光のエネルギー量E'=h[Js]×7.9×1014回/秒= 5.234594×10-19[J]
です。これを質量に直すには、E=mc2⇒m=E/c2を使います。
赤い光の質量m[㎏]= 2.584166×10-19[J]÷c2=2.584166×10-19[J]÷{(2.997924×108)[m/s]}2=2.875272×10-36[㎏]
紫の光の質量m'[㎏]= 5.234594×10-19[J]÷c2=5.234594×10-19[J]÷{(2.997924×108)[m/s]}2=5.824270×10-36[㎏]
です。これで可視光線は、2.875272×10-36[㎏]から5.824270×10-36[㎏]までの質量を持つことが分かりました。
光は重力質量を持つ
この様に、光もエネルギーを持つので、質量に直すことが出来ます。従って、光は物質と同様に重力に引かれ曲がると考える方が合理的です。
光は慣性質量を持たない
但し、光は慣性質量を持たないので、最速の光速で進むことが出来ます。
最も重い１本の超ひもの質量
ちなみに、一本の超ひもの最大の1秒間当たりの振動回数は、1/{2π(パイ)×プランク時間}です。半径がプランク距離lpの円を想定します。円周を振動が光速cで伝わります。円周は2πlpです。光速でlp進むのにプランク時間tp掛かります。ですから、振動が円を一周するのに要する時間は2πtp秒です。振動が円を一周することが１回の振動を表します。ですから、１本の超ひもの最大の振動数は1/2πtp[Hz]となります。
ですから、一本の超ひもが最も多く振動する時の、エネルギーは
E=h×1/{2π(パイ)×プランク時間}=6.626069×10-34Js/{2π×(5.39106×10-44)秒}=1.956150×109 [J]
です。これを「プランクエネルギー」と言います。この時の質量を「プランク質量」と言います。
プランク質量M=プランクエネルギー÷c2=1.956150×109 [J]÷{(2.997924×108)[m/s]}2=(2.17651×10-8)[㎏]
です。
