物理

忌み嫌われる物理に光を!近代科学のはじまりの物語

大学生時代、塾講師のアルバイトをしていた
中高生は決まってこう言う

「物理がわからん、難しい、きらい」

 

 

WHY JAPANESE STUDENTS!!!!!!!!!

 

 

さらに語学留学で自己紹介した時

「ワット イズ ヨア メジャー」

「マイ メジャー イズ フィジックス」

「ワーーウ、ユー アー ジーニアス」

 

 

WHY PEOPLE!!!!!!!

 

 

 

 

とこんなかんじで物理は難しいというイメージが強い

難しいもなにも日常目にするほとんどが物理なのに

 

原因は色々あると想像つくのだが

今回はそんな物理の魅力を語らせてもらう!!

とこんなかんじで、やはりぶつりは難しいというイメージが強いようだ

なぜか??

 

まず最大の原因が数学だろう

 まだ習いたて(あるいは習っていない段階)でよくわからんうちに三角関数がでてくる
 サインコサインってなんだよ(´・ω・`)
斜面に物置くなよ!

次に言葉がいろいろでてきて細かい違いを要求してきたりする

 速さと速度は違う? オモサとシツリョウは違う?
 そもそも加速度ってなんだよ!

しまいによくわからん公式がでてくる

 公式暗記かよ。。。 覚えられねーよ。。。
 覚えたけど使い方わかんねーよ

あともうひとつ
目に見えないものを扱わねばならなかったり、自分の感覚と矛盾することをうけいれねばならなかったりする

例えば電気とか磁気とかは目に見えないし
ものは「力が働いていなくても動き続ける」とか、「落下のスピードは重さによらない」とかにわかには信じがたい

こうして物理から離れていく

 

とぅーん
とぅーん
別に数学なんてできなくてもいい!

言葉の細かい違いなんて知らなくていい!

公式なんか覚えなくてもいい!

歴史を知るのと同じように発明発見物語の1つとしてまずは物理に親しんでほしい

 

特に今回紹介する
ガリレオやニュートンの活躍した近代科学のはじまりには
科学の考え方などもびっしりつまっている

そういうものもふくめて楽しんでいただきたい!

 

こんな方におすすめ

物理が嫌いな人

物理って何?て人

数学は嫌いだけど歴史は好きな人

 

物理はいつから始まった?

力学をはじめると、まずいきなりv-tやらx-tグラフがでてきて、謎の公式を覚えさせられ、速度と速さは違うとか言われ、気づいたら加速度とかいうもんまででてくる
そのあとサインとかコサインとか出てきてどんどんわからなくなる.

物理をわからんものとしている全てが最初に凝縮され、
さらにここがわからないとそれ以降全部わからないから困ったものだ

物理というのはそんな悪の化身のよう存在なのだろうか?

まず寄り道として

物理とは何かというものについて考えてみよう

 

 

なぜ虹は七色なの?そもそもどうやってできるの?

雲はなぜ白いの?

夕焼けはなぜ赤いの?

電子レンジでものがあたたまるのはなぜ?

 

地球が太陽の周りを回ってるってほんと?

宇宙ってどうなってるの?

 

 

などなど普段生活してて疑問に思ったことはないだろうか?

そんな疑問を追い続け、答えを見つけるのがだ物理だ

 

漢字の「物理」、なんかいかついからひらがなにしよう「ぶつり」

ちゃんをつけてもいい「ぶつりちゃん」

 

古代ギリシャの人たちは、

古代ギリシャ人A
古代ギリシャ人A
全てのものの源とは何なのだろうか?
宇宙は一体どうなっているのだろうか?

そんなことを考えていた

とぅーん
とぅーん
スマホもないし、暇だもんね!

 

この、宇宙とは何か、物の本質とはなにか、みたいなものへの探求がいわゆる物理というやつだ

今でも、物理がやっていることは宇宙や物の本質、自然に関するなぜ? の探求である

ただそれだけ

とぅーん
とぅーん
ただ知りたいだけなのだーー

 

物理とは、宇宙とはなにか?物の本質とはなにか?そういった「自然に関するなぜ?」の探求

 

「現象には必ず理由がある」

こんなことをドラマで福山雅治が言っていたことを知ってる人も多いのじゃないだろうか

不思議な現象の理由を探していく

古代ギリシャの人たちは自然哲学者とか言われていたりする

自然ってのは自然現象のことで

哲学(Philosophy)ってのはもともと意味としては知を愛するもの
(Philosophia:Philo=愛する、Sophia=知)

とぅーん
とぅーん
自然に関する知を愛するのが自然哲学であり その延長がぶつりちゃん

 

さて

昔の人たちは太陽が地球の周りを回っていると考えていた

それもそのはず

空を見ればそんなことは一目瞭然

 

 

そんな中

「いやいや、動いているのは地球であって 太陽は止まっているんだよ」

とか言い出したのが有名なガリレオくん

1600年頃の話なので、日本では江戸時代

 

なぜそう思ったのかというと、その当時発明された望遠鏡で見た事実と合わせて考えて、「地球が動いている」と考えないとおかしな現象が出てきたことなどが原因の1つ

 

神の創りたもうた我々の星である地球が中心でなくて

いいはずがあろうかーー! いやない〜〜

貴様を処罰してくれるわーーー

と言って怒っちゃったのがキリスト教の方達

 

 

紀元前に興った自然哲学が、ガリレオくんの時代である1600年くらいまでの長い間、あまり進歩しなかったのもこのキリスト教に結構原因がある

ガリレオくんは実験や観察によってわかったことを信じることで

自然の法則を突き止めようとした

これこそ、科学的手法と言われるやつ

 

観測や実験をベースに、自然の法則を突き止めようというのが、科学の姿勢

 

さらには

「自然という書物はは数学という言語でかかれている」とかも言っちゃっている

 

自然を正確に記述するために、言葉による曖昧な表記ではなく

数学に頼り、さらにその法則が正しいかどうかは自然に聞いてみるしかない

結局答えを知っているのは自然だけ!

これが物理や科学の大原則となっている

 

とぅーん
とぅーん
ではここから、近代科学のはじまりであるこの1600年頃のぶつりの世界をざっとみてみよう(当時はまだPhysicsという言葉はない)

 

ガリレオくんの時代のテーマはやはり宇宙

ガリレオくんの時代の興味の中心はやはり宇宙

その中でも一番の関心は「地球と太陽がどう動いているか」だったのである

 

今では、どう動いているのかがほぼわかっていて、予測できるので
月食の日とか日食の日とか、水星とか火星の接近とかが予測できたり

人工衛星なんてものを飛ばせたりしている
(ちなみに人工衛星を正しく機能させるためには相対性理論も考慮しなければいけない)

 

ではまずガリレオくんに登場してもらおう!

彼が地球が動いているんだ!と言ったいう話は前した通り

 

実はその前にも地球が動いているって言ってる人がいて、コペルニクスくんが特に有名

コペルニクスはだいたいの教科書に出てくるはず

 

「地球を中心に宇宙が回っている」という当時の常識と真逆の
「宇宙(太陽)を中心に地球が回っている」ということを主張した

このものごとの見方を180°かえてしまうようなことを指して
「コペルニクス的転回」なんて言葉が残るほどの人

 

そしてガリレオと全く同じ時代にケプラーくんがいて、この人も地球が動いていると言い張った

さらには、「回転の軌道は円」だというのが一般的な考えであったのに対して

「違うよ、円じゃないよ、楕円だよ」

とか言い出しちゃったわけだ

 

なんか現代人からすると、まあ円も楕円も大差ないっしょ?
と思うわけだが

 

「神が作りし宇宙は美しいものである、円こそが美しい」という当時ではもうめっちゃ異端児

本人でさえ「円の方が美しいのにー、きっと何かの間違いなんだろうな、でも観測事実は楕円であるっていってるんだもん、仕方ない」というかんじ

 

こればっかりはガリレオくんでさえ認めることはなかった
いかに楕円ということが異質だったかがわかる

 

こういう経緯を踏まえずに
高校の物理では

 

ケプラーの第一法則で「惑星の軌道は楕円軌道である」

とか偉そうに言われても

「だから何????」

となるのは当然のこと

地球が宇宙の中心でないといってしまったのがコペルニクスくん

円こそが美しい、と思われていた時代に軌道が楕円だと言いはったのがケプラーくん

 

ガリレオくんは宇宙の法則だけではなくて

地上の法則もいっぱい見つけた

ピサの斜塔の実験(おそらくやってない)で有名な落下の法則

これも、高校物理でいきなりでてきて受け入れがたいものとしてでてくる

ものの落下の速度は、ものの重さに関係ないというのだ
つまり鳥の羽根も、家の破壊に使っているような鉄球も
同じ速度でおちるというのだ

 

「そんなわけねーーーだろ!!!」

と思うのが当然なのだが、この「そんなわけねーーーだろ!!!」の気持ちは大切にしておいていい

これはそんなわけねーーだろ!!でいいのだが

そういうもんだとして受け入れてほしいことがある

それが

「慣性の法則」=

ものは動き出したら同じ速度でずっと動く、とまっているならずっととまっている

というもの

 

「アクセルふむのやめたら、車がとまるだろう! 嘘をつくのも大概にしろ!!」

と言いたくなるかもしれないがこれぐっとこらえて受け入れる

 

 

これはなぜ?とかそういう話ではなくて原理なのだ

受け入れるしかない

それこそ「神がそう作ったから」としかいいようがない

 

最初の方でもいったようにぶつりにおける答えは、あくまで自然

観測事実を正確に記述することができるかということだ

そうなったときの一番スタート地点として
「ものは動き出すと、そのまま動き続ける、止まっているならずっと止まっている」というものを採用する

 

「慣性の法則」=

ものは動き出したら同じ速度でずっと動く、とまっているならずっととまっている

なぜとかではなく、受け入れるしかない、議論のスタート地点

 

 

さて、これを事実だと認めた場合

どんな疑問がわいてくるだろうか?

「まずは先程の車はアクセルをふむのをやめたらとまってしまうということ」

また、速度の変化はおいて「そもそも手を離しただけでものが落下する」という事実

本来なら動いているなら動き続けるし、止まっているなら止まっている

 

これは矛盾だ!

とぅーん
とぅーん
現象には必ず理由がある(キリッ

(福山雅治になりたい人生だった。。。)

 

その原因を「力」と呼び
「力」と「運動」を結びつけたのが「力学」とよばれる学問であり

有名なニュートンくんが数式という言語で書き表した

質量×加速度=力(ma=F)

 

これはガリレオくんが死んだ年に生まれたニュートンくんが式にした法則で 運動方程式といわれている

 

この式は結局、
「本来なら速度は変わらないはずなのでa(加速度)は0のはず
それなのにaが0じゃないとき、つまり、速度が変化するときはなにか原因となる力があるよ!!!」ということをいっている

自動車がアクセルをふまないと止まるのには理由がある
それが摩擦力

ものが落下する原因は地球の重力

 

この単純な式でものの動きはほとんどあらわせるほどのすぐれものなのだ!

もちろん惑星の運動も表せる

 

さて、また原理に戻ってみると
惑星、例えば地球は太陽の周りを回っている

しかしものは「動き出すとそのまま動き続ける」という言葉の中には
「速さも方向も保ったまま動き続ける」という意味が含まれている

等速直線運動というやつ

とぅーん
とぅーん
でました謎の呪文と思った方も是非じんましんはおさえて

まっすぐおんなじ速さで動く

それだけです、それを福山雅治風に言うと「等速直線運動」

 

しかし実際は”まっすぐ”ではなくて、太陽の周りを回っている
つまり”曲がりながら”進んでいる

 

これはおかしい!
運動がかわっているということは必ずそこに原因(力)があるはず!

その原因となっている力を

万有引力だ!

といったのもニュートンくん

 

万有という言葉に示されている通り
すべてのものが共通にひかれあう
太陽と地球がひかれあい、人と地球がひかれ合うように
人と人、人とりんごにもこの万有引力が働いている

とぅーん
とぅーん
もちろん、僕とあなたもひかれあっているんですよ~

 

宇宙で惑星の運動に関係している力と、地上で感じる重さ(重力)が

どちらも万有引力だ!同じだ!

と気づいてしまったニュートン君

 

こうしてガリレオ君を経て 

ニュートン君によって

惑星の運動の法則(宇宙の法則)も、地上の運動の法則も同じだ、と解き明かされた!

 

「神の作りし完全なる世界である宇宙」と
「人間の住む地上の世界」

この2つの世界が同じ法則のもとで動いている

 

これを示してしまったのがニュートン

ニュートンくんは、万有引力の法則によって、宇宙の法則と地上の法則が同じだと証明してしまった

 

(実はこの万有引力を示す数式の話とかするとまた面白い話になったりするのだが
今回はお預けで)

 

自然を観察し、実験し
それらの結果を元に仮説を立て
数式によって正しさを証明していく

そういった近代科学の考え方をつくっていったのがこの時代

 

さて、このように宇宙と地上に関して1つの答えが導かれた

ここで終わりか?いやいやそんなことはない

今度は今度でまた新しい別の疑問が現れてくる

地上の法則をほぼ完全に説明できるニュートンの法則でも説明できない世界が現れてくる
それが宇宙の世界であり、ミクロの世界(量子力学といわれる)であり、電気の世界

 

こうして、また愛知者たちの発明発見の旅は続いていく。。。

 

 

まとめ

かなり駆け足で説明したので結構ごまかして書いてるところもありますが

なんとなく近代科学の始まりのワクワク感や問題意識が伝わったでしょうか?

 

少しでも物理に対する抵抗が減ったり
興味を持ってくれていればうれしいな~なんて思ってます

 

ここまで読んでいただきありがとうございました

 

フェルマーの最終定理をめぐる発明発見物語をめちゃ楽しく紹介してくれる本についての記事↓

【書評】『フェルマーの最終定理』サイモン・シン|事実は小説よりも奇なり フェルマーの最終定理 聞いたことくらいはあるでしょうか? 皆さん嫌いな数学のお話です。。。 ただもうち...