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物理学 - Wikipedia

物理ぶつりがく

自然しぜんかい現象げんしょうとその性質せいしつを、物質ぶっしつとそのあいだはたら相互そうご作用さようによって理解りかいすること、およ物質ぶっしつをより基本きほんてき要素ようそ還元かんげんして理解りかいすることを目的もくてきとする学問がくもん
物理ぶつりから転送てんそう

物理ぶつりがくぶつりがくえい: physics)は、自然しぜんぶつ自然しぜん現象げんしょう観測かんそくすることにより、それらの仕組しくみ、性質せいしつ法則ほうそくせいなどをあきらかにしようとする学問がくもんである[1][2]物理ぶつりがくは、自然しぜん科学かがくいち分野ぶんやであり、古典こてんてき研究けんきゅう分野ぶんやは、物体ぶったい力学りきがくひかりいろおと電気でんき磁性じせいねつ波動はどう天体てんたいしょ現象げんしょう物理ぶつり現象げんしょう)である。

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物理ぶつりがく概略がいりゃく

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プトレマイオスの天動説てんどうせつ

天動説てんどうせつこよみ作成さくせいなどの天文学てんもんがく最古さいこ物理ぶつりがくである。初期しょき文明ぶんめいであるシュメールひと古代こだいエジプトひとインダス文明ぶんめいなどは太陽たいようつきなどの天体てんたい観察かんさつした。これらの天体てんたい宗教しゅうきょうてき崇拝すうはいされ、現代げんだいからすれば科学かがくてき現象げんしょう説明せつめいもされたが、これがのちの天文学てんもんがく物理ぶつりがくへと成長せいちょうする[3]

16世紀せいき以前いぜんのヨーロッパにおいて科学かがくは、キリストきょうてき要素ようそふくんだアリストテレス自然しぜん哲学てつがく主流しゅりゅうであった[4]。アリストテレスは物質ぶっしついを「目的もくてきろん」(もしくは「目的もくてきいん」)によって説明せつめいし、たとえば天体てんたい地球ちきゅうまわりをまわるのは回転かいてんしようとする目的もくてきがあるためだとした[4]自然しぜん哲学てつがく観測かんそくよりも哲学てつがく重視じゅうししたため、試行しこうてき試験しけん事象じしょう説明せつめいする現代げんだい科学かがくとは性質せいしつことなる。また、このときすで数学すうがく中東ちゅうとうやエジプトなどで発達はったつしていたが、自然しぜん哲学てつがくてき物理ぶつり使つかわれることはなかった[5]

しかし古代こだいギリシアにおいて実証じっしょうてきかんがかたがされていなかったわけではなく、紀元前きげんぜん3世紀せいきアルキメデス自然しぜん哲学てつがくでは無視むしされていた数学すうがく自然しぜんむすびつけ、数学すうがく物理ぶつり数々かずかず貢献こうけんをした。つづヒッパルコスプトレマイオスなども幾何きかがく天文学てんもんがく発達はったつさせた[5]。また、アリストテレスの時代じだいよりまえ紀元前きげんぜん5世紀せいきにはすでにレウキッポスデモクリトスなどがそれまでのちょう自然しぜんてき説明せつめい否定ひていして自然しぜん現象げんしょうには原因げんいんとなる理論りろんがあるとして原子げんし存在そんざいなどをかんがえていた[5]

中世ちゅうせい

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中世ちゅうせいのイスラームの学者がくしゃは、のギリシャ文化ぶんかともにアリストテレスの物理ぶつりがく継承けいしょうした。その黄金おうごんには観察かんさつ先験的せんけんてき推論すいろん重点じゅうてんいた初期しょき科学かがくてき方法ほうほう発展はってんさせた。もっと注目ちゅうもくすべきは、イブン・サールキンディーイブン・ハイサム、アル・ファリス、アビセナとうによる視覚しかく視力しりょく分野ぶんやである。アル・ハイサムがいた「光学こうがくほん(Kitābal-Manāẓir)」は視覚しかくかんする古代こだいギリシャのかんがかた最初さいしょ反証はんしょうしたばかりでなく、あたらしい理論りろんつくした。このほんでは史上しじょうはつピンホールカメラ現象げんしょう研究けんきゅうすることで、自体じたい仕組しくみをさらにくわしく調しらべた。解剖かいぼうがく既存きそん知識ちしき使つかって、どのようにこうはいり、焦点しょうてんい、うしろに投影とうえいされるかを説明せつめいしたのである。さらに、現代げんだい写真しゃしん撮影さつえい開発かいはつからすうひゃくねんまえに、すでカメラ・オブスクラ発明はつめいした[6]

ぜん7さつの「光学こうがくほん(Kitab al-Manathir)」は、600ねん以上いじょうにわたって、東洋とうよう西洋せいよう中世ちゅうせい芸術げいじゅつにおける視覚しかく理論りろんから、視点してん性質せいしつへの学問がくもん全体ぜんたいかんがかたおおきな影響えいきょうあたえた。 ロバート・グロステストレオナルド・ダ・ヴィンチから、ルネ・デカルトヨハネス・ケプラーアイザック・ニュートンまで、後世こうせいおおくのヨーロッパの学者がくしゃ思想家しそうか影響えいきょうけている。

近代きんだい科学かがく

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自然しぜん哲学てつがく数学すうがくてきしょ原理げんり』と「ニュートンのゆりかご

近世きんせいはいり、科学かがくてき方法ほうほう発展はってんなか実験じっけんによる理論りろん検証けんしょう重要じゅうようせい認識にんしきされはじめた。16世紀せいき後半こうはんガリレオ・ガリレイ力学りきがく現象げんしょう研究けんきゅうおこない、自由じゆう落下らっか慣性かんせい法則ほうそく見出みいだした[7]。1687ねんアイザック・ニュートンは『自然しぜん哲学てつがく数学すうがくてきしょ原理げんり』を出版しゅっぱんした[8]。ニュートンのしめした理論りろんは、ガリレイらの発見はっけんした法則ほうそく一般いっぱんし、包括ほうかつてき説明せつめいあたえることに成功せいこうした。ニュートンの理論りろんなかもっと基礎きそてき法則ほうそくとして、運動うんどう法則ほうそく万有引力ばんゆういんりょくげられる。これらの法則ほうそくは、天体てんたい運行うんこうなどの観測かんそく結果けっかをよく説明せつめいすることができた。ニュートン自身じしん力学りきがく法則ほうそく幾何きかがくもちいて記述きじゅつしたが、レオンハルト・オイラーなど後世こうせい研究けんきゅうしゃによってそれらの理論りろん代数だいすうがくてき記述きじゅつされるようになった。ジョゼフ=ルイ・ラグランジュウィリアム・ローワン・ハミルトンらは古典こてん力学りきがく徹底的てっていてき拡張かくちょうし、あたらしい定式ていしき原理げんり結果けっかみちびいた[9]重力じゅうりょく法則ほうそくによって宇宙うちゅう物理ぶつりがく分野ぶんやこされた。宇宙うちゅう物理ぶつりがく物理ぶつり理論りろんをもちいて天体てんたい現象げんしょう記述きじゅつする。

18世紀せいきから、ロバート・ボイルトマス・ヤング大勢おおぜい学者がくしゃによってねつ力学りきがく発展はってんした。1733ねんに、ダニエル・ベルヌーイねつ力学りきがくてき結果けっかみちびくために古典こてん力学りきがくとともに統計とうけいろんもちいた。これが統計とうけい力学りきがくこりである。1798ねんに、ベンジャミン・トンプソン力学りきがくてき仕事しごとねつ変換へんかんされることをしめした[10]。1820年代ねんだいにはサディ・カルノーがカルノーサイクルによるねつ力学りきがく研究けんきゅうおこな[11]、1840年代ねんだいに、ジェームズ・プレスコット・ジュール力学りきがくてきエネルギーをふくめたねつについてのエネルギーの保存ほぞんそく証明しょうめいした[12]。1850ねんにはルドルフ・クラウジウスねつ力学りきがくだいいち法則ほうそくおよびねつ力学りきがくだい法則ほうそく定式ていしきした[13]

電磁気でんじきがく発達はったつ

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マクスウェルの方程式ほうていしき

電気でんき磁気じき挙動きょどうマイケル・ファラデーゲオルク・オームらによって研究けんきゅうされた。ジェームズ・クラーク・マクスウェルは1855ねんから1864ねんまでに発表はっぴょうした3つの論文ろんぶんで、マクスウェルの方程式ほうていしき記述きじゅつされる電磁気でんじきがくという単一たんいつ理論りろんふたつの現象げんしょう統一とういつてき説明せつめいした[14]。この理論りろんによってひかり電磁波でんじはであると予言よげんされた[14]。この予言よげんのちハインリヒ・ヘルツによって実証じっしょうされた[15]

1895ねんヴィルヘルム・レントゲンXせん発見はっけんし、1896ねんにはアンリ・ベクレルウラン放射能ほうしゃのうを、1898ねんにはピエール・キュリーマリ・キュリーがウランよりも強力きょうりょく放射能ほうしゃのうラジウム発見はっけんした[16]。これが原子核げんしかく物理ぶつりがくこりとなった。

原子げんし存在そんざいそのものは紀元前きげんぜん5世紀せいきレウキッポスデモクリトス原子げんしろんによって想定そうていされていたが[17]近代きんだいてき原子げんしろんは1808ねんジョン・ドルトンによって提唱ていしょうされた[18]ジョゼフ・ジョン・トムソンは1899ねんに、原子げんしよりもはるかにちいさな質量しつりょうち、まけ電荷でんか電子でんし発見はっけん発表はっぴょう[19]、1904ねんには、最初さいしょ原子げんしのモデルを提案ていあんした[20]。このモデルは現在げんざいブドウパンモデルとしてられている[21]

現代げんだい物理ぶつりがく

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1905ねんアルベルト・アインシュタイン特殊とくしゅ相対性理論そうたいせいりろん発表はっぴょうした[8]。アインシュタインの相対性理論そうたいせいりろんにおいて、時間じかん空間くうかん独立どくりつした実体じったいとはあつかわれず、時空じくうというひとつの実体じったい統一とういつされる。相対性理論そうたいせいりろんは、ニュートン力学りきがくとはことなる慣性かんせいけいあいだ変換へんかんさだめる。相対そうたい速度そくどちいさな運動うんどうかんして、ニュートン力学りきがく相対そうたいろん近似きんじてき一致いっちする。このことはニュートン力学りきがく形式けいしき沿って定式ていしきされた相対そうたいろんてき力学りきがくにおいて明確めいかくになる。

1915ねん、アインシュタインは特殊とくしゅ相対性理論そうたいせいりろん拡張かくちょうし、一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろん重力じゅうりょく説明せつめいした。特殊とくしゅ相対そうたいろんによって、力学りきがく電磁気でんじきがく理論りろん整合せいごうてき説明せつめいできるようになったが、重力じゅうりょくかんしてはニュートンの万有引力ばんゆういんりょく以上いじょう満足まんぞく説明せつめいあたえることができなかった。一般いっぱん相対そうたいろんによって、重力じゅうりょく作用さようふくめた包括ほうかつてき説明せつめいができるようになった。一般いっぱん相対そうたいろんにおいて、ニュートンの万有引力ばんゆういんりょく法則ほうそく低質ていしつりょうかつていエネルギーの領域りょういきにおける近似きんじ理論りろんなすことができた。

1911ねんに、アーネスト・ラザフォードした原子げんし研究けんきゅう進展しんてんし、そのときラザフォード散乱さんらんから、電荷でんか物質ぶっしつかくとする原子げんしぞうラザフォードの原子げんし模型もけい)が提唱ていしょうされた[22]原子核げんしかく構成こうせいするせい電荷でんか粒子りゅうし陽子ようしばれる。電気でんきてき中性ちゅうせい構成こうせい物質ぶっしつである中性子ちゅうせいしは1932ねんジェームズ・チャドウィックによって発見はっけんされた[23]

1900年代ねんだい初頭しょとうに、マックス・プランク、アインシュタイン、ニールス・ボーアたちは量子りょうしろん発展はってんさせ、離散りさんてきエネルギーじゅん導入どうにゅうによってさまざまな特異とくい実験じっけん結果けっか説明せつめいした。1925ねんヴェルナー・ハイゼンベルクらが[24]、そして1926ねんエルヴィン・シュレーディンガーポール・ディラック量子力学りょうしりきがく定式ていしき[25]、それによって前期ぜんき量子りょうしろん解釈かいしゃくされた。量子力学りょうしりきがくにおいて物理ぶつり測定そくてい結果けっか本質ほんしつてきかくりつてきである[26]。つまり、理論りろんはそれらのかくりつ計算けいさんほうあたえる。量子力学りょうしりきがくちいさなながさの尺度しゃくどでの物質ぶっしついをうまく記述きじゅつする。

また、量子力学りょうしりきがく物性ぶっせい物理ぶつりがく理論りろんてき道具どうぐ提供ていきょうした。凝縮ぎょうしゅくけい物理ぶつりがくでは誘電ゆうでんたい半導体はんどうたい金属きんぞくちょう伝導でんどうちょう流動りゅうどう磁性じせいたいといった現象げんしょう物質ぶっしつぐんふく固体こたい液体えきたい物理ぶつりてきいを研究けんきゅうする。凝縮ぎょうしゅくけい物理ぶつりがく先駆せんくしゃであるフェリックス・ブロッホは、結晶けっしょう構造こうぞうちゅう電子でんしいの量子力学りょうしりきがくてき記述きじゅつを1928ねんした[27]

だい世界せかい大戦たいせんあいだかくばくだんつくるという目的もくてきのために、研究けんきゅうかく物理ぶつりかく方面ほうめんけられた。ハイゼンベルクがひきいたドイツの努力どりょくみのらなかったが、連合れんごうこくマンハッタン計画けいかく成功せいこうおさめた。アメリカでは、エンリコ・フェルミひきいたチームが1942ねん最初さいしょ人工じんこうてき連鎖れんさ反応はんのう達成たっせいし、1945ねんアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくニューメキシコしゅうアラモゴード世界せかいはつかくばくだん爆発ばくはつした。

量子りょうしろんは、特殊とくしゅ相対性理論そうたいせいりろん整合せいごうするように量子力学りょうしりきがく拡張かくちょうするために定式ていしきされた。それは、リチャード・P・ファインマン朝永あさなが振一郎しんいちろうジュリアン・シュウィンガーフリーマン・ダイソンらの仕事しごとによって1940年代ねんだい後半こうはん現代げんだいてきかたちいたった。かれらは電磁でんじ相互そうご作用さよう記述きじゅつする量子りょうし電磁でんじ力学りきがく理論りろん定式ていしきした。

量子りょうしろん基本きほん相互そうご作用さよう素粒子そりゅうし研究けんきゅうする現代げんだい素粒子そりゅうし物理ぶつりがく枠組わくぐみを提供ていきょうした。1954ねん楊振やすしロバート・ミルズゲージ理論りろんという分野ぶんや発展はってんさせた。それは標準ひょうじゅん模型もけい枠組わくぐみを提供ていきょうした。1970年代ねんだい完成かんせいした標準ひょうじゅん模型もけい今日きょう観測かんそくされる素粒子そりゅうしのほとんどすべてをうまく記述きじゅつする。

量子りょうしろん方法ほうほうは、粒子りゅうしけいあつか統計とうけい物理ぶつりがくにも応用おうようされている。松原まつばら武生たけお量子りょうしろんもちいられるグリーン関数かんすうを、統計とうけい力学りきがくにおいてはじめて使用しようした。このグリーン関数かんすう方法ほうほうはロシアのアレクセイ・アブリコソフらにより発展はってんされ、固体こたいちゅう電子でんし磁性じせいちょう伝導でんどう研究けんきゅうもちいられた。

近年きんねん状況じょうきょう

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2018ねん時点じてんにおいて、物理ぶつりがくおおくの分野ぶんや研究けんきゅう進展しんてんしている。

スーパーカミオカンデ実験じっけんからニュートリノ質量しつりょうが0でないことが判明はんめいした。このことを理論りろん立場たちばから理解りかいしようとするならば、既存きそん標準ひょうじゅん理論りろん枠組わくぐみをえた理解りかい必要ひつようである。質量しつりょうのあるニュートリノの物理ぶつり現在げんざい理論りろん実験じっけん影響えいきょうしあい活発かっぱつ研究けんきゅうされている領域りょういきである。今後こんごすうねん加速器かそくきによるTeV(テラ電子でんしボルト)領域りょういきのエネルギー尺度しゃくど探査たんさはさらに活発かっぱつになるであろう。実験じっけん物理ぶつり学者がくしゃはそこでヒッグス粒子りゅうしちょう対称たいしょうせい粒子りゅうし証拠しょうこつけられるのではないかと期待きたいしている。

量子力学りょうしりきがく一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろん量子りょうし重力じゅうりょく理論りろん単一たんいつ理論りろん統合とうごうするというはん世紀せいき以上いじょうにおよぶこころみはまだ結実けつじつしていない。現在げんざい有望ゆうぼう候補こうほM理論りろんループ量子りょうし重力じゅうりょく理論りろんである。

天体てんたい物理ぶつりがく分野ぶんやでも1990年代ねんだいから2000年代ねんだいにかけておおきな進展しんてんられた。とくに1990年代ねんだい以降いこうだい口径こうけい望遠鏡ぼうえんきょうハッブル宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうCOBEWMAP などの宇宙うちゅう探査たんさによって格段かくだん精度せいど観測かんそくデータが大量たいりょうられるようになり、宇宙うちゅうろん分野ぶんやでも定量ていりょうてき精密せいみつ議論ぎろん可能かのうになった。ビッグバン理論りろんおよ宇宙うちゅうのインフレーションもとづく現代げんだいΛらむだ-CDM宇宙うちゅうモデルはこれらの観測かんそくとよく合致がっちしているが、反面はんめん暗黒あんこく物質ぶっしつ(ダークマター)の正体しょうたい宇宙うちゅう加速かそく膨張ぼうちょうこしているとかんがえられるダークエネルギー存在そんざいなど、依然いぜんとしてなぞとなっている問題もんだいのこされている。これ以外いがいに、ガンマ線がんませんバーストちょうこうエネルギー宇宙うちゅうせん起源きげんなども未解決みかいけつであり、これらを解明かいめいするための様々さまざま宇宙うちゅう探査たんさプロジェクト進行しんこうしている。

物性ぶっせい物理ぶつりがくにおいて、高温こうおんちょう伝導でんどう理論りろんてき説明せつめいは、解明かいめい問題もんだいとしてのこされている。量子りょうしドットなど単一たんいつ電子でんし光子こうしもちいたデバイス技術ぎじゅつ発展はってんにより、量子力学りょうしりきがく基礎きそについて実験じっけんてき検証けんしょう可能かのうになってきており、さらにはスピントロニクス量子りょうしコンピュータなどへの応用おうよう展開てんかい期待きたいされる。

主要しゅよう分野ぶんや一覧いちらん

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学問がくもん体系たいけい

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研究けんきゅう方法ほうほう

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専門せんもん分野ぶんや

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関連かんれん分野ぶんや境界きょうかい領域りょういき

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手法しゅほう

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基礎きそ概念がいねん一覧いちらん

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物理ぶつりりょう

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基本きほんてきな4つのちから

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物質ぶっしつ構成こうせい要素ようそ

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図表ずひょう一覧いちらん

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脚注きゃくちゅう

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  1. ^ 物理ぶつりがく」 - ジャパンナレッジ
  2. ^ 物理ぶつりがく』 - コトバンク
  3. ^ History of Astronomy”. 2017ねん1がつ10日とおか閲覧えつらん
  4. ^ a b 和田わだ, 純夫すみお現代げんだい物理ぶつり世界せかいがわかる: アリストテレスの自然しぜん哲学てつがくからちょうつる理論りろんまで』ベレ出版しゅっぱん、2002ねん6がつ、10-11ぺーじISBN 9784939076992NCID BA57399468 
  5. ^ a b c Andrew Zimmerman Jones. “Physics of the Greeks”. About Education. 1がつ10日とおか2017ねん閲覧えつらん
  6. ^ Howard, Ian; Rogers, Brian (1995). Binocular Vision and Stereopsis. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-508476-4, p. 6-7
  7. ^ 物理ぶつりがくI 1968, pp. 57–61
  8. ^ a b 物理ぶつりがくI 1968, p. 79
  9. ^ アン・ルーニー 2015, p. 80
  10. ^ 物理ぶつりがくI 1968, pp. 202–203
  11. ^ アン・ルーニー 2015, pp. 91–92
  12. ^ 物理ぶつりがくI 1968, pp. 206–208
  13. ^ 宇宙うちゅう唯一ゆいいつ科学かがく ねつ力学りきがく」p75-83 ポール・センちょ 水谷みずたにあつしやく 河出書房新社かわでしょぼうしんしゃ 2021ねん6がつ30にち初版しょはん発行はっこう
  14. ^ a b 物理ぶつりがくII 1968, pp. 24–31
  15. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 34
  16. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 47
  17. ^ アン・ルーニー 2015, pp. 18–20
  18. ^ アン・ルーニー 2015, p. 31
  19. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 105
  20. ^ 物理ぶつりがくII 1968, pp. 134–135
  21. ^ アン・ルーニー 2015, p. 112
  22. ^ 物理ぶつりがくII 1968, pp. 140–141
  23. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 200
  24. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 191
  25. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 198
  26. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 61
  27. ^ 物理ぶつりがくII 1968, p. 202

参考さんこう文献ぶんけん

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関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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