ファインマン物理学の魅力

いくつか寄り道読書をした後、ファインマン物理学の第２巻に戻ってきた。ひと通り量子力学の入門書を読み終えたので素粒子物理学や量子場の理論などに進みたいと気持ちは先走るばかりだが、ちょっと我慢してじっくりとこの世界の原理を楽しんでみようとレベルを落として古典物理学に戻ってきたわけだ。

第２巻は「光、熱、波動」がテーマである。高校時代に学習したことも多く含まれている。当時、物理の授業は楽しくなかった。高校の教科書の説明は上からの押し付けで、物理現象は最初から決まっていて結果と公式を覚えさせるだけのものだったからだ。そこには「不思議」が入り込む余地はない。力学や電気回路の問題は解けるようになる。けれども力とは何か、電気とは何か、電波はどうして空間を伝わるのか、については高校物理では教えてくれない。結局本質は何もわからないまま卒業することになる。

ファインマン物理学では違う。身の回りに起こる物理現象に対して、ごく自然な発想でその現象がおこる原因を突き詰めて考えていくスタイルだ。自分があたかも科学者になったようで新しい発見が導かれるたびに感心させられるのだ。難しい説明や方程式の展開が続いた後、章末の最終段落近くでその結果が身の回りの物理的な事実に符合していることをファインマン先生から告げられると「ああ、投げ出さずに読んでいてよかった。」とこの上ない充実感に満たされるのだ。頭ではなくお腹にじんわりと感動が沸いてくる。

昨夜NHKハイビジョンで「E=mc^2アインシュタインと世界一美しい方程式」という番組を放送していた。Eはエネルギー、mは質量、cは光速をあらわす。この方程式によって物質が存在する証である「質量」とエネルギーが本質的に同じものであり物質がエネルギーに転換したりエネルギーが物質に転換したりできることを示している。それまで物質とエネルギーや光の速度はそれぞれ全く関係がないと信じられていた。アインシュタインの発見もすばらしいが、彼がそのことを発見するためにはお膳立てが揃っていなければなかった。ラボアジエが物質の質量保存の法則を発見し、ファラデー電磁誘導の法則によって電気と磁気がお互いに関連を持つこと、そしてマクスウェルが電磁波の方程式により電磁波と光が本質的に同じものであること発見したこと。これらの発見を土台としてアインシュタインの発想の転換により世界一美しい方程式は導かれた。そしてそれは時間と空間が重力によって歪められるという一般相対性理論へと発展していく。歴史上のあらゆる科学者が、目の前の現象に疑問を抱き、新たな発見によってこの世界の奥深さが解き明かされていく。身の回りの現象すべてにその究極の理由を追い求めていくのが物理学の醍醐味だ。

科学者でもない限り、同じような驚きや感動をすることは一般人には叶わないが、ファインマン物理学を読んで追体験すれば、少しはその気持ちがわかるだろう。そして僕がどうしてこんな「物理、数学オタク」になってしまったかを理解していただけるだろう。「超ひも理論」に到達するまでのすべての過程が驚きの連続であるはずだから。

ファインマン物理学第２巻（光、熱、波動）の章立て：

第１章：光学：最小時間の原理
第２章：幾何光学
第３章：電磁輻射
第４章：干渉
第５章：回折
第６章：屈折率の本質
第７章：輻射減衰、光の散乱
第８章：偏光
第９章：輻射における相対論的効果
第１０章：色覚
第１１章：見ることの機構
第１２章：量子現象
第１３章：波の見方と粒子の見方との関係
第１４章：気体分子運動論
第１５章：統計力学の原理
第１６章：ブラウン運動
第１７章：分子運動論の応用
第１８章：拡散
第１９章：熱力学の法則
第２０章：熱力学の説明
第２１章：爪車と歯止め
第２２章：音。波動方程式
第２３章：唸り
第２４章：モード
第２５章：ハーモニクス
第２６章：波
第２７章：物理法則の対称性

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