質量とエネルギーの等価性

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質量とエネルギーの等価性

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/04/06 17:09 UTC 版)

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M87* ブラックホール近傍の質量が、5,000光年にわたる非常に高エネルギーな天体物理学的ジェットに変換される。

物理学において、質量とエネルギーの等価性（しつりょうとエネルギーのとうかせい）は、静止座標系における質量とエネルギーの関係であり、2つの値の違いは定数と測定単位のみである^[1][2]。この原理は、物理学者アルベルト・アインシュタインの有名な公式によって記述されている。E = mc^2[3]

この式は、粒子の静止座標におけるエネルギーEを、質量（m）と光速の2乗（c²）の積として定義している。光速は日常的な単位では大きな数字（約 300 000 km/s または 186 000 mi/s）なので、この式は、系が静止しているときに測定される少量の「静止質光子のような質量のない粒子は不変質量をゼロとするが、質量のない自由粒子は運動量とエネルギーの両方を持つ。

エネルギーと質量は、光などの放射エネルギーや熱エネルギーとして周囲に放出されることがある。この原理は、原子核物理学や素粒子物理学など、多くの物理学の分野で基本となっている。

質量とエネルギーの等価性は、フランスの博学者アンリ・ポアンカレ（1854-1912）が記述したパラドックスとして、特殊相対性理論から発生したものである^[4]。アインシュタインは、質量とエネルギーの等価性を一般原理として、また空間と時間の対称性の帰結として初めて提唱した。この原理は、1905年11月21日に発表されたアインシュタインの奇跡の年の論文「物体の慣性はそのエネルギー含有量に依存するか」で初めて登場した^[5]。この式と運動量との関係は、エネルギー-運動量の関係として、後に他の物理学者によって発展した。

内容

特殊相対性理論は、「物理法則は、すべての慣性系で同一である」という特殊相対性原理と、「真空中の光の速度は、すべての慣性系で等しい」という光速度一定の原理を満たすことを出発点として構築され、結果として、空間3次元と時間1次元を合わせて4次元時空として捉える力学である。運動量ベクトルは、第0成分にエネルギー成分を持つ4元運動量 p^μ（または p）として扱われ、運動方程式は

${\displaystyle {\frac {d}{d\tau }}p^{\mu }=F^{\mu }}$

ウィキメディア・コモンズには、質量とエネルギーの等価性に関連するカテゴリがあります。

• 特殊相対性理論
• アルベルト・アインシュタイン
• フリードリヒ・ハーゼノール
• 広島市立舟入高等学校 - 占領下に建立された慰霊碑には「原爆」に代えて E = mc² が刻まれている
• ルイス＝トルマンの非ニュートン力学
• ジョルジオ・モロダー - 主にドイツのミュンヘンで活躍したイタリア出身の音楽プロデューサー、歌手。 E = mc² という曲と、それが収録された同タイトルのソロ・アルバムあり（アルバムの方の邦題は「相対性理論考」）。

外部リンク

• The Equivalence of Mass and Energy （英語） - スタンフォード哲学百科事典「質量とエネルギーの等価性」の項目。
• Shinkai, Hisaaki (2005年7月9日). “Albert Einsteinの生涯と代表論文 年表”. Einstein 1905「数理科学/宇宙物理」研究の最新情報と「研究者/研究生活」に関する情報サイト. 2016年11月25日閲覧。
• ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典『質量とエネルギーの等価性』 - コトバンク
• 世界大百科事典 第2版『アインシュタインの関係式』 - コトバンク

表 話 編 歴 相対性理論
特殊 相対論	背景 相対性原理 特殊相対性理論 基礎 相対運動 基準系 光速 マクスウェルの方程式 公式 ガリレイ相対性 ガリレイ変換 ローレンツ変換 結果 時間の遅れ 相対論的質量（英語版） E = mc2 長さの収縮 同時性の相対性（英語版） 相対論的ドップラー効果（英語版） トーマス歳差（英語版） 相対論的ディスク（英語版） 時空 ミンコフスキー時空 世界線 時空図 光円錐
一般 相対論	背景 一般相対論の数学 関連文献 基礎 特殊相対性理論 等価原理 世界線 リーマン幾何学 時空図 現象 二体問題（英語版） 重力レンズ 重力波 慣性系の引きずり 測地的効果（英語版） 事象の地平面 重力の特異点 ブラックホール 方程式 線形化重力（英語版） PPN形式 アインシュタイン方程式 測地線 フリードマン方程式 ADM形式（英語版） BSSN形式（英語版） ハミルトン＝ヤコビ＝アインシュタイン方程式（英語版） 発展 理論 カルツァ＝クライン理論 量子重力理論 ブランス＝ディッケ理論（英語版） 解（英語版） シュワルツシルト ノルドシュトロム ゲーデル カー カー・ニューマン カスナー（英語版） タアブ・NUT（英語版） ミルン（英語版） フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー pp-wave時空（英語版） ファン・ストックム・ダスト（英語版）
科学者	アインシュタイン ローレンツ ヒルベルト ポアンカレ シュヴァルツシルト ド・ジッター ライスナー ノルドシュトルム ワイル エディントン フリードマン ミルン ツビッキー ルメートル ゲーデル ホイーラー ロバートソン バーディーン ウォーカー カー チャンドラセカール エーラス（英語版） ペンローズ ホーキング テイラー ハルス ストックム（英語版） タアブ ニューマン（英語版） ヤウ ソーン ノッターレ（英語版） その他（英語版）
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表 話 編 歴 アルベルト・アインシュタイン
キャリア	特殊相対性理論 一般相対性理論 E = mc2 ブラウン運動 光電効果 アインシュタイン係数 アインシュタイン模型 等価原理 アインシュタイン方程式 アインシュタイン半径 アインシュタインの関係式 宇宙定数 ボース＝アインシュタイン凝縮 ボース=アインシュタイン分布関数 ボース＝アインシュタイン相関（英語版） アインシュタイン＝カルタン理論（英語版） アインシュタイン＝インフェルト＝ホフマンの方程式（英語版） アインシュタイン＝ド・ハース効果（英語版） EPRパラドックス EBK量子化条件 アインシュタインとボーアのディベート（英語版） 遠隔平行性（英語版） 思考実験（英語版） 成功しなかった研究（英語版） 粒子と波動の二重性 重力波 茶葉のパラドックス
著作物（英語版）	アインシュタインの原論文 奇跡の年 ブラウン運動の理論 (1905) 運動物体の電気力学について (1905) 特殊および一般相対性理論について (1916) わが世界観（英語版） (1949) 私の社会主義（英語版） (1949) ラッセル＝アインシュタイン宣言 (1955)
家族	パウリーネ・コッホ (母) ヘルマン・アインシュタイン (父) マヤ・アインシュタイン (妹) ミレヴァ・マリッチ (1人目の妻) エルザ・アインシュタイン (2人目の妻) リーゼル・アインシュタイン (娘) ハンス・アルベルト・アインシュタイン (息子) エドゥアルト・アインシュタイン (息子) ベルンハルト・アインシュタイン (孫) イヴリン・アインスタイン (孫)
アインシュタイン賞	アルベルト・アインシュタイン賞 アルベルト・アインシュタイン・メダル アルベルト・アインシュタイン平和賞（英語版） アルベルト・アインシュタイン世界科学賞 アインシュタイン賞 (APS) レーザー科学アインシュタイン賞
その他	政治観（英語版） 宗教観（英語版） 家 冷蔵庫 脳 大衆文化におけるアインシュタイン（英語版） アインスタイニウム 受賞・受勲歴（英語版） 由来するもの（英語版） アインシュタイン・ペーパーズ・プロジェクト（英語版） 伝アインシュタイン・エレベーター
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