物理学 古典物理学の成立と完成

古典物理学は、17世紀から19世紀末にかけて発展し、自然現象を数理的に記述し、科学的手法を用いて説明しようとする試みの中で成立し、完成しました。この時期の物理学は、特にニュートン力学や電磁気学、熱力学の発展を中心に展開され、現代の科学の基礎を築き上げました。

1. 古典物理学の成立

古典物理学の成立は、ルネサンス期から始まる科学革命によって加速しました。この時期、ガリレオ・ガリレイ（1564–1642）による観察や実験に基づく方法論が確立され、従来のアリストテレス的な自然観から脱却し、科学を体系的に探究する基礎が築かれました。ガリレオは、物体が自由落下する際の加速度や運動法則について実験的に研究し、運動の数学的表現を模索しました。

その後、イギリスのアイザック・ニュートン（1642–1727）が、彼の主著『プリンキピア』（1687年）において、古典力学の基本法則であるニュートンの運動の法則や万有引力の法則を示しました。ニュートンの理論は、物体の運動や天体の軌道を精緻に説明することに成功し、自然現象を数学的に予測する手法として、科学界に大きな影響を与えました。

2. 電磁気学と熱力学の発展

19世紀に入ると、電気や磁気といった新たな現象に対する理解が深まります。マイケル・ファラデー（1791–1867）やジェームズ・クラーク・マクスウェル（1831–1879）は、電磁気現象を理論的に統合し、マクスウェルの方程式と呼ばれる一連の方程式にまとめました。これにより、光が電磁波の一種であることが理論的に示され、電磁波理論の基盤が確立しました。マクスウェルの方程式は、電磁波が真空中を光速で伝播することを示し、後に電磁波の様々な応用に繋がります。

また、熱現象に関する理解も進展し、熱力学の法則が確立されました。特に、19世紀の科学者たちはエネルギー保存則（熱力学の第一法則）やエントロピー増大則（熱力学の第二法則）に注目し、これらの法則に基づく熱機関の効率の限界を示しました。クラウジウスやケルビンによって体系化された熱力学は、エネルギーの概念を統合する役割を果たしました。

3. 古典物理学の完成と限界

19世紀後半までに、ニュートン力学、マクスウェルの電磁気学、そして熱力学が体系化され、物理学はほぼ完成したと考えられるようになりました。この時点で、自然界の多くの現象が説明できるようになり、物理学は一種の「完成した学問」としての地位を確立しました。

しかし、20世紀初頭になると、古典物理学では説明できない現象が次第に明らかになりました。たとえば、光電効果や黒体放射といった現象は、古典電磁気学や熱力学の枠組みでは矛盾が生じました。また、極微の世界での現象を扱う際には、ニュートン力学も適用範囲が限られることが判明しました。

古典物理学は、ニュートン力学、電磁気学、熱力学といった重要な理論によって体系化され、19世紀末にかけて科学の完成形とみなされました。しかし、20世紀に入り量子力学と相対性理論の登場によって、古典物理学の限界が指摘され、新たな物理学の領域が切り開かれていきます。