E = mc2 の導出

  • 相対論では,運動量ベクトルが時間方向の成分ももっていて,座標変換に対し4成分のベクトルとして線形に変換する.
  • 運動量の時間方向の成分とはエネルギーに他ならない.
  • 非相対論的物理では,エネルギーはスカラーであってしかも差にのみ意味があったが,相対論では4成分ベクトルの1つの成分.
  • 0でない4成分運動量ベクトルに対し,3成分運動量ベクトルが0となる座標系を選ぶとき,時間方向の成分,すなわちエネルギーは0ではない.このエネルギーは質量に比例する.比例定数は次元を考えると c2 の無次元定数倍.
  • 速度 v が光速 c に比べて十分に小さいような座標系に対して,エネルギーは速度が0の場合よりほぼ だけ増える.そうなるように比例定数を決めると, が得られる.