物理学とは

物理学とはなんでしょうか??辞書にはこんなことが書いてあります。

物質の構造・性質を明らかにし、それによる自然現象の普遍的な法則を研究する自然科学の一部門。運動・熱・光・電磁気・音などの諸現象をはじめ、素粒子・核・宇宙線・量子エレクトロニクスなど対象は広く、精密な実験によって量的な把握を行い、数学を応用して表すことに特徴がある。(デジタル大辞泉出典)

つまり、「事」を「解しよう」とすることですよね。私たちの身の回りには不思議なことがたくさんあります。「なぜ、物は落ちるのか。」「なぜ、地球は太陽の周りを回っているのか」などなど。人類は古くからこのような疑問について真剣に考えてきました。物理学の根底の一つをなす運動学の起源は天文学であると考えられています。この歴史的な経緯についてはまた別の記事にて触れることにしましょう。

とにもかくにも、物理とは、「身の回りのことを理解しようとする学問」であるわけです。では、この「理解する」とはもっと具体的にどういうことなのでしょうか。先に結論を述べましょう。現在の物理学においては、「身の回りのことを理解すること」とは、「①実験によって確立された最小限の法則と②数学によって③自然を記述すること」です。これは、実は冒頭に述べた辞書の通りですね。こういわれてもなんとなくわかったような・・・という感じの方もいらっしゃると思うので、できる限りかみ砕いて説明したいと思います。


①実験によって確立された最小限の法則

「最小限の」というのはその名のとおり、「最も数が少ない」という意味です。「法則」は規則のようなものと考えればよいでしょう。校則、法律、そのようなイメージです。

「実験によって確立された」というのは、「数値などを定量的に(=量的に)測る方法により、証明された」という意味です。(「証明」という意味は数学における証明とは意味合いが違います。ここら辺の話も混み合いますので別の機会にしたいと思います。)物理学における証明の意味をこちらで説明します。例えば、物が落ちることを私たちは経験的に知っていますが、ものによってゆっくり落ちたり、はやく落ちたりすることも経験的に知っています。そこに洞察力のある少年がいて、ものによって落ちる速度が変わるのは「空気があるからだ」という考えを立て、「空気がないところで落下させれば同じように落ちるはずだ」と考えたとしましょう。実際、この実験をするとそのような少年の仮説が正しかったといえることがわかるのです!この瞬間、(数値の測定はこの場合ありませんが)少年の仮説は一つの法則になるのです。

「どんな物体も、空気がないところでは全く同じように落下する。」

これだけでもかなり不思議なことですよね。でも、ここで新たな疑問がわきます。なぜ?上のような法則が成り立つのでしょうか?これに答えるのは並大抵のことではありません。もし物理を知らない方がこの文章を読めば、「いや、そうなるから・・・としか。」と答える方もいらっしゃるかもしれません。でも、それを追究し、一番根源となる法則を導こうとするのが物理学者です。

 

②数学によって

数学とは何か、ということから説明しなければこれにきちんと答えることはできませんが、簡単にイメージするなら「計算」を思い浮かべてくだされば十分です。つまり、「数学によって」=「計算によって」です(数学の方に怒られてしまうとは思いますが、ざっくりとした話ですのでご了承ください)。

 

③自然を記述すること

自然とは「私たちの身の回りに起こるあらゆる現象」と考えてくだされば大丈夫です。「音が耳によって聞こえること」「光によって物が見えること」「熱」「地球は太陽の周りを回っている」「物は落ちる」などなど、あげればキリがないわけですね。

 

さてまとめてみましょう!物理学とは、、、

数値などを定量的に測る方法(=実験)により証明された最小限の法則と、計算(=数学)によって私たちの身の回りに起こるあらゆる現象を記述すること。

です!ここで重要なのは、法則を正しいと認めるためには必ず実験をしなければならないことです。もっといえば、実験によってその法則とやらとそぐわない結果がどうしても出てきてしまった場合、その法則は改良が必要もしくは破棄されることになってしまいます。実はここが数学とはずいぶん異なる性質をもつところなのです。そこも面白いのですが、長くなりそうなので初めての記事はここまでとしておきます。

今回は「物理学とは」ということに対して一定の答えを出しました。次回は、「物理学と数学の違い」について書きたいと思います。

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