質量

物理学における質量は、慣性の量的尺度であり、すべての物質の基本的な特性である。 実質的には、ある物質が力を加えて速度や位置を変化させたときの抵抗力である。 質量が大きいほど、力を加えたときに生じる変化は小さくなる。 国際単位系(SI)では、質量の単位はキログラムで、プランク定数で定義され、6.62607015×10-34ジュール秒に等しいとされている。 1ジュールは、1キログラム×1メートル2秒の2乗に相当する。 秒とメートルはすでに他の物理定数で定義されているため、キログラムはプランク定数の正確な測定によって決定される。 (2019年まで、キログラムはフランスのセーヴルにある国際度量衡局に保管されている「国際キログラム原器」という白金イリジウム製の円筒で定義されていた)。 英語の計量法では、質量の単位はスラッグで、海面での重さが32.17ポンドである。

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質量と関係があるとはいえ、重量は後者とは異なる。 重さは基本的に地球の引力によって物質に及ぼされる力であり、そのため場所によってわずかに異なる。 これに対し、質量は通常の場合、場所に関係なく一定である。 例えば、宇宙に打ち上げられた人工衛星は、地球から遠く離れるほど重さが小さくなる。

重さと地球からの距離

質量50kg(110ポンド)の物体は、地球の中心からの距離が長くなると重さは減少します。 (地球の表面は、その中心から約6,400km離れています。) 物体の重量は減少しますが、その質量は場所に関係なく同じであることに注意してください。

Encyclopædia Britannica, Inc. 物体がバラバラに分かれた場合、質量はバラバラに分かれるので、個々の破片の質量の和は元の質量に等しくなる。 あるいは、粒子を結合すれば、合成物の質量は構成する粒子の質量の和に等しくなる。 しかし、この原理は必ずしも正しくない。

1905年、アインシュタインによる特殊相対性理論の登場で、質量の概念は根本的に見直されることになった。 質量は絶対的なものではなくなりました。 物体の質量はエネルギーと等価であり、エネルギーと相互変換可能で、光の速度に近い超高速(毎秒3×108メートル、毎秒18万6000マイル)で著しく増加すると見なされたのである。 物体の全エネルギーは、静止質量と高速度による質量増加で構成されると理解された。 原子核の静止質量は、その構成要素である中性子と陽子の静止質量の合計よりも、測定可能なほど小さいことが発見された。 質量はもはや一定でない、あるいは不変であるとは考えられなくなった。 化学反応でも核反応でも、質量とエネルギーの変換が行われるため、一般に生成物は反応物より小さいか大きい質量を持っている。 通常の化学反応では、質量の差は非常に小さいので、生成物の質量を予測するための実用的な原理として質量保存が適用されることがある。 しかし、原子炉や粒子加速器、太陽や星での熱核反応に活発に関与する質量の挙動には、質量保存は無効である。 新しい保存原理は質量-エネルギー保存である。 エネルギー保存、エネルギー、アインシュタインの質量-エネルギー関係も参照。

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