熱力学という美しい理論体系

最近、熱力学を勉強し直している。自分の研究で使うため？いや、違う。趣味だ。完全に趣味で熱力学を勉強し直している。

大学時代に熱力学や統計力学の勉強はした。しかし、いまいち掴み様のない物理学の理論、それが熱力学だと思う。「熱」「温度」「エントロピー」、日常生活でも名前を耳にする単語だ。しかし、その物理学的な意味を掴むのは難しい。従来の熱力学の教科書だと、どうもすっきりしない記述であることも多い。

しかし、日本には田崎先生の『熱力学』がある。この教科書では、どうもすっきりしない熱力学という学問を力学的操作を軸にして構築することで、熱力学を「実体」の伴う学問として理解することができる。具体的にはヘルムホルツの自由エネルギーと「仕事」を軸に添えることで、熱力学の見通しがクリアになる。また、「エントロピー」に関しても、「断熱操作で実現できる・できない状態」を考えることによって、自然な形でエントロピーを導入することができる。田崎先生の教科書では、熱力学が、それ自身で閉じた美しい理論体系であるということを感じることができ、芸術作品を堪能するが如く、熱力学という理論を楽しむことができる。

田崎先生の教科書は学部生の頃にも読んだ。しかし、大人になった今、もう一度読み返すと、気付きが多い。学生の頃と現在で、蓄積したものが違うから物理学の見え方が異なって見えるのだろうか？？

田崎先生の教科書以降、その流れを組んだ熱力学の教科書は多く出版されている。例えば、田崎先生の教科書だと難しいと感じる人は、前野先生の『よくわかる熱力学』も良いだろう。田崎先生の熱力学の教科書の流れを組みつつも、より初学者向けの内容となっている。また、最近発売された高橋先生の『熱力学・統計力学』も良い。こちらは統計力学も含まれており、熱力学と統計力学を両方勉強できる。

物理学に限った話ではないが、教科書を購入して学問を勉強することは、没頭できる時間や、その先に広がる学問の広い世界を考えると、教科書代という出費に対して得られるものがはるかに大きい。私は知識や情報の価値に重きを置いているので、より一層強く感じる。知識や情報は「目に見える形」としては残らない。しかし、一度、自分の中に入った知識や情報は簡単には取り除くことができず、自分の中に蓄積される。「知らなければよかった知識・情報」というのも確かにあるだろう。しかし、それよりも圧倒的に自分にとって血肉となる知識や情報の方が多いと思っている。そして、学問はそれらを提供してくる。学ぶことは大学や大学院で終わりではない、むしろ社会に出た後も学び続けること、それが長い人生を豊かにし、楽しみを与えてくれるのではないだろうか。

今、私は学部の頃に勉強した物理学を勉強し直している。知りたいことが多すぎるのだ。ゆくゆくは大学生の頃には勉強できなかった場の量子論や、非平衡統計力学、量子情報理論なども勉強したいというのが、今後の楽しみである。