物理学とは何だろうか〈上〉 (岩波新書)

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高校数学の知識で物理学の成り立ちを知る
　文明が発生して以来、すなわち日々の食料の確保に奔走せずとも生きていけるような社会が確立して以来、世界の成り立ちを知りたいという欲求は、知識人たちを思索に向かわせ、古代ギリシャでアリストテレス哲学に結実し、以後、占星術や錬金術を発展させてきた。しかし、占星術や錬金術は、物理学や化学の前身であることは確かだが、近代の物理学や化学とは別物であることもまた事実である。では、一体何があり何がなければ物理学であり化学というのか。中世の研究者たちの思考の後を辿ることにより、これを定義しようというのが本書である。

　上巻では、まずは力学の成り立ちについて語っている。現代でもそうかもしれないが、中世の人々は占星術により運命を知ろうとした。占星術は天体の運行から運命を読み取る技術であるため、天体の動きを知ることが非常に重要であり、天体観測が発展した。この時代に登場するのがケプラーである。ケプラーも占星術師であったが、なぜ天体の運行が人の運命と結びつくのかということに疑問を持ったらしい。そこで、天体の運行の仕組みを明らかにすることにより、この関係性が分かるのではないかと考えた。
　ケプラーは、師匠のブラーエが生涯を掛けて集めた正確な天体記録を継承し、未だ確立していない幾何学を駆使し、苦心の末、火星の軌道が長円であることを突き止めた。こうしてケプラーは、思索による哲学ではなく、実際の記録に基づく計算により、天体の運行が単純な幾何学により表されることを明らかにしたのである。
　同時代に生きていたガリレオは、単なる観察に基づく計算だけでなく、自らの考えを証明するための装置を作成し実際に試すという作業、すなわち実験により、証明するという方法を編み出した。そして実験により、地上における物体がどのような運動をするのかを明らかにしたのである。
　しかし、彼らの考えがそのまま受け入れられたわけではない。中世にはカトリック教会という大きな壁が存在していた。教会は聖書の記述を疑わせるような考えを否定し、弾圧したのである。
　ケプラーやガリレオが世を去ったあとに登場するのがニュートンである。ニュートンは、完成した幾何学を駆使し、いくつかの法則を前提とすれば、ケプラーが発見した天上世界の運動とガリレオが発見した地上世界の運動を導き出すことができることを明らかにした。これにより、力学の世界を説明するための言葉を人類が手にしたことになる。

　これまでは哲学的な側面から発展した物理学を見たが、物理学には技術的な側面からの発展もある。ワットによる蒸気機関の発明は、人類に産業革命を起こすと同時に、蒸気機関を改良する試みの中で、なぜ熱からエネルギーを取り出せるのかという疑問を生み、熱学の発展を促すことになるのである。

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お恥ずかしい話ですが・・・
予備校に通っていたときに物理科の先生がこの本を紹介されていた。当時、「物理なんて公式にあてはめればチョロイ」と思っていた愚生は当然「物理＝あてはめ」と信じており（もちろんそうではありません）、いかに多くのあてはめ例を覚えるかが勝負といきり立っていた。そこで本書を、「どんなあてはめテクニックが紹介されているのだろうか」と胸おどらせてひも解き、案の定テクニックのかけらも見つからず終わった。いうまでもなく物理学はそんな姑息な学問ではない。現象の仕組みをひも解く学問である（と今は思っている）。そのひも解き方、見方が本書には書かれている。はっきり言って、簡単な書きぶりではない。頭をフル回転させ、鉛筆と紙を横において作業を行わないとわからない。同じ所を繰り返し読んだり、前にもどったりしないとわからない。しかし、そういう苦労に報いてくれる内容である。パッと見わかりやすいもの、視覚に訴えるものがわかりやすいと思われがちであるうが、そうでないように見えるものが実は一番わかりやすいと思う。そういう本である。お勧めです。

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ノーベル賞受賞者の物理学に対する熱い想い
本書を読んで良かったと思えたことは、物理学者が偉大な発見をするまでの経緯を知ることができたことである。物理学者の偉大さと同時に、その人の業績の積み重ねが今の物理学を作っているのだなということを理解することができた。朝永博士は病床にあっても、精魂傾けて本書を執筆されていたときく。ノーベル賞受賞者の物理学に対する熱い想いが伝わってくる名著。

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「物理学とは如何にして創られるものなのだろうか？」
湯川秀樹先生は「物理講義」で「『既に創られた物理学』を学ぶことと、その物理学が創られた当時に創った本人が考えたことは全く違うんです。もしどちらも同じと思っている人は試験勉強だけをしてきた人です(笑)」と仰っています。この朝永先生の本は正に「物理学が創られる様子」を忠実に解説しています。ニュートン力学が生まれる前にケプラーやガリレオが如何に力学にアプローチしたのか、原子論・統計力学が確立する前に熱力学が如何に形成されていったのか、ということが良く分かります。正に「普通の教科書には載っていない話」が満載です。これから新しい物理学を創らんとする物理学徒には大いにお薦め、下巻と併せて読みましょう。

この本(上巻)の最初の方で、物理学の定義として「我々の取り囲む自然界に生起するもろもろの現象ー但し主として無生物に関するものーの奥に存在する法則を、観察事実に拠り所を求めつつ追求すること」と定義されています。(「観察事実を絶対視する」とは言っていない処にご注目！) 時代が進むにつれてこの定義も徐々に拡大されていきます。そんな処に注目しながら読み進めると面白いと思います。
この本は、大学教養程度の物理学を学んでいる方が楽しく読めます。「自然の書物は数学の言語によって書かれている」(ガリレオ)な訳でして、数式をイメージ出来るかどうかで本書の理解度は変わるものと思います。

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大学生必読
さすが、ノーベル賞物理学者という本。特に、熱力学に関する記述はすばらしい。下巻の部分とあわせて読むことで、熱力学から統計力学への歴史を俯瞰することができる。大学でこれらの学問を理解したつもりになっている人は、改めてその奥深さを知ることができるだろう。大学の授業や教科書では、淡々と事実が述べられるだけで、なぜその定理が重要なのか、なぜその事実に注目したのかということが述べられていないことが多い。この本を読むことで、先人が苦労して築き上げてくるプロセスを体感できるとともに、物理の本質に触れることができると思う。ぜひ、通学の時間にでも読んでいただきたい一冊である。