物理学とは

物理学とは

物質を研究する自然科学

構成要素

• 空間と時間

• 運動と挙動

• エネルギーと力の実体

物理学は天文学を含めると最も古くからある科学分野
主な目標は宇宙がどのように振る舞うかを理解すること

17世紀の科学革命

生物物理学や量子化学など多くの学際的な研究分野として交差し厳密に物理学の範囲を定義されていはいない。

物理学のアイデア

科学によって研究された基本的なメカニズムを説明し、数学や哲学に役立てる。
物理学の進歩（電磁気学・固体物理学・核物理学）は
テレビ、コンピュータ、家電製品、核兵器などの開発につながった
熱力学の進歩が工業化、力学の進歩は微積分の発展につながった。

歴史

語源

古代ギリシャ語の「自然の知識」

古代天文学

天文学・・最も古い自然科学（シュメール人、古代エジプト人、いんです文明など紀元前3000年以上前）太陽、月、星の動きを予測する知識と基本的な認識があった。
西洋の天文学・・メソポタミア文明、バビロニアの天文学、
ホメロス「イリアス」「オデュッセイア」・・ギリシャの天文学者は北半球から見えるほとんどの星座に名前をつけた

自然哲学

アルカイック時代のギリシャ
タレス・・ソクラテス以前の哲学者、非自然主義を拒否（観察を根拠にするアイデアを提案し、多くの仮説は実験で証明された）
レウキッポスとデモクリトス・・原子論。約2000年後に正しいと判明

中世ヨーロッパとイスラム

西ローマ帝国は滅亡。東ローマ帝国は野蛮人からの攻撃に対抗するために物理学を含むさまざまな学問分野を進歩させた
イシドールス（ミレトス）・・アルキメデスの作品の重要な編纂者となる
ジョン・フィロポノス（ビザンチン）・・アリストテレスの物理学を批判し、推進力の理論を導入（同じ高さから重さの違うおもりを落下させた場合おもりの重さは落下時間に無関係）→ガリレオ・ガリレイにインスピレーションを与える。
ジョン・ブリダン（パリ大学）・・慣性と運動量という現代的な考え方の導入
イブン・アル・ハイサム（イスラム）・・「光学の書」カメラオブスキュラ（ピンホールカメラの始祖）現象の研究、光がどのように目に入るかを証明。
「光学の書」はレオナルド・ダ・ヴィンチやルネ・デカルト、ヨハネス・ケプラー、アイザック・ニュートンに影響をあたえた。
ニュートンの「光学」と並ぶ影響力だった。→メガネ、顕微鏡、望遠鏡、カメラなどの重要な発明に寄与。

古典物理学

実験、定量的方法を導入・・物理法則を発見
太陽系の地球中心モデル→太陽中心のコペルニクスモデル
・・惑星の運動を支配する法則（ケプラー）
・・望遠鏡に関するガリレオの先駆的な研究→観測天文学
アイザック・ニュートン・・運動と万有引力の法則により物理学を統一。微積分を開発、連続的変化の物理現象の問題を解決するために数学的研究をする。
産業革命・・熱力学、化学、電磁気学にも古典物理学を構成する。
物理法則は非相対論的な速度で移動する物体、日常的な物体に非常に適用される。近似値を提供。古典力学の不正確さ、非常に小さな物体や非常に大きな物体の研究→量子力学、相対性理論。

現代物理学

マックス・プランク、アルバート・アインシュタイン・・相対性理論（古典力学では、光速は観測者の運動に依存すると予測されたがマクスウェルの電磁気学方程式で予測された一定の速度であるという矛盾を解決できなかった）→光速度不変の原理（特殊相対性理論）
マックス・プランクは黒体放射が材料振動子の励起は周波数に比例する離散的なステップでのみ可能であると提案・修正→光電効果と電子軌道の離散化→量子力学の創始
量子力学・・ヴェルナー・ハイゼンベルグ、アーウィン・シュレーディンガー、ポール・ディラックによって開拓
素粒子物理学の標準モデル→ヒッグス粒子の発見→標準モデルによって予測された基本粒子の存在を証明。
超対称性・・標準モデルを超える物理学・・確率・群論（数学）

物理学の哲学

物質の特徴から不変の要素に還元される自然哲学
事前推論と事後推論、ベイズ推論など特定の理論の妥当性を測定する科学的方法
哲学
空間と時間の性質、決定論、経験主義、自然主義、実在論の意味づけなど・・ステイーブン・ホーキングは自身を「厚顔無恥な還元主義者」と自称し、哲学的意味を研究していたロジャー・ペンローズなどをプラトン主義者と意義を唱えた。

物理学の概要

古典力学・・物体が原子よりはるかに大きく、光速よりもはるかに遅い速度で運動しているという条件で物体の動きを正確に記述。
カオス理論・・20世紀に発見された古典力学の注目すべき理論

古典物理学

古典力学・・力によって作用する物体と運動中の物体
静的と動的、ダイナミックス

連続体力学
　固体力学
　流体力学（水、空気）
音響学
　音波
　超音波
　生物音響学
　動物の鳴き声と聴覚
　電気音響学
　電子機器を使用した可聴音波の操作
光学
　光の反射、屈折、干渉、回析、分散、偏光
　可視光
　赤外放射
　紫外線放射　　

熱力学
　エネルギー
　物質を構成する粒子が持つ内部エネルギー
　他の形態のエネルギーとの関係
電磁気学
　電流、磁場
　磁場による電流の誘導
　静電気
　電気力学

現代物理学

極限状態または非常に大規模または非常に小規模なスケールでの物質とエネルギーの挙動

原子物理学

量子論・・自然を連続的なものとして近似させずに離散的なものとして説明
相対論・・基準点で起こる現象に記述が関係している