カテゴリー「天体写真、天文学、科学」の記事

2017年6月24日 (土)

熱力学・統計力学

 熱力学は、マクロな視点から熱に関する現象を説明する理論だが、これを原子や分子といったミクロな視点から説明しようというのが統計力学だ。目に見えるようなサイズの物質には膨大な数の原子や分子が含まれているため、数学の確立・統計の手法が必要となる。ぼくが大学生のときは、まず熱力学をやって、その後に原島鮮「熱力学・統計力学」を教科書に指定されたが、実際に統計力学までは進まなかったと思う(単に授業に出てなかっただけかも)。統計力学を理解するには量子力学を理解しなければならず、このあたりになるとホントに難しい。

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2017年6月23日 (金)

流体力学(前編)

 流体力学は、流体(気体や液体)の性質や流体中での物体の運動を研究する分野だ。ぼくが大学生のときは、教養課程ではなく、工学部に進んでから授業があった。教科書はこの分野の第一人者である今井功「流体力学(前編)」だったが、この本は前編しかない。後編を刊行する前に著者が死去してしまったのだ。とはいえ、前編だけでも400ページ以上あり、簡単に読める本ではない。流体力学は航空工学や船舶海洋工学には必須だ。流体力学にまつわるミニ知識を一つ。映画やテレビの特撮で、ミニチュア模型を使って例えば海のシーンを撮影する際、そのままではリアリティは保てない。しかし、「レイノルズ数」という数値を同じにすると、リアリティのあるシーンを撮影することができるのだ。

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2017年6月21日 (水)

夏至

 今日は夏至(げし)の日だ。夏至というのは、太陽の位置が春分点から90度の位置にくる瞬間のことで、北半球では1年で最も昼の時間が長くなる。地上から見れば、夏至の日の太陽はふたご座の足下にあるが、もちろん地上からは太陽の明るさのせいで星は見えない。しかし、宇宙船に乗って大気圏を離脱すれば、このような景色が見えるんじゃないだろうか。
2013年12月27日撮影 キャノンEOS60Da+シグマ対角線魚眼レンズ15㎜、露出180秒

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2017年6月12日 (月)

一般力学

 力学の教科書の古典的名著と言えば、山内恭彦の「一般力学」ということになるだろう。ぼくが買ったのは大学を卒業してだいぶ経ってからだが、大学1年の時にいきなりこれを読んでも歯が立たなかっただろう。もちろん、いまもまだ読んでないが。昔の学生はこういう難しい本で勉強して、科学技術立国日本の基礎を築いていったんだと思うと頭が下がる。いまはもっとわかりやすい本もたくさん出ていて、学生としては助かるだろうが、わかりやすい本ばかりになるということは、昔よりレベルが下がっているということなのだろうか。

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2017年6月11日 (日)

解析力学

 運動の法則を基礎として力学を体系化したのはアイザック・ニュートンだが、ニュートン力学はその後、数学の解析学の手法を利用した解析力学へと発展していく。したがって解析学をしっかり勉強しないとなかなかついていけないが、力学の法則を非常にきれいな方程式で記述することができる。とりわけ、最小作用の原理の発見により、力学のみならず他の分野の基礎法則をも統一的に説明することが可能となった。ぼくが大学生のときの教科書は小出昭一郎の「解析力学」、岩波書店の物理入門コース第2巻だった。小出は他にもたくさん教科書を書いていて、お世話になった学生も多いだろう。

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2017年6月10日 (土)

初等量子力学

 「古典物理学」という言葉は、量子力学を含まない物理学、すなわち、20世紀初頭までに確立した力学や電磁気学、熱力学、相対性理論までのことを指している。これに対し、量子力学は、20世紀に入ってから登場した分野で、これを学び始めると本当に大学生になったなぁと感じる人も多いのではないか。ぼくが大学生のときの教科書は原島鮮の「初等量子力学」で、量子力学の基礎を非常にていねいに解説している。まあしかし、量子力学というのは絶対に理解、というか納得できない部分があり、かのアルベルト・アインシュタインでさえ「神はサイコロを振らない」と言って量子力学を嫌ったほどだ。

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2017年6月 9日 (金)

熱力学

 熱力学は「熱」という物理学上のエネルギーを扱う分野だ。昔は「熱」は物質であるという説が有力だったが、19世紀になって「熱」は物質ではなく、エネルギーの一種であると認識されるようになった。熱力学の法則には「エントロピー」という概念が登場するが、これはコンピュータなど情報科学の分野でも出てくる。ぼくが大学生のときの教科書は押田勇雄・藤城敏幸著「熱力学」で、自然科学書では歴史ある裳華房(しょうかぼう)の基礎物理学選書の1冊だ。

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2017年6月 8日 (木)

振動と波動

 振動と波動は物理学の全般にわたって現れる重要な現象だ。そのため、大学1年か2年のときに、力学や電磁気学と並行して独立した講義があった。ぼくが大学生のときの教科書は寺沢徳雄の「振動と波動」という本で、岩波全書の1冊(いまは物理テキストシリーズ第7巻)だった。振動と波動を数式で表すと、必ず出てくるのが三角関数だ。三角関数のグラフを思い浮かべるとわかると思うが、振動と波動は周期的に同じような現象を繰り返すということだから、三角関数で表現できるのだ。さらに、三角関数は虚数iを使うと指数関数で表される。かの有名なオイラーの公式だが、実に神秘的だ。

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2017年6月 7日 (水)

電磁気学

 力学と並ぶ物理学の重要分野が電磁気学だ。ぼくが大学生の時の教科書は砂川重信の「電磁気学」で、岩波全書の1冊(いまは物理テキストシリーズ第4巻)だった。砂川は「理論電磁気学」というもっと分厚い本も書いていて、こちらは名著と言われている。電磁気学はマクスウェルの方程式という4つのきれいな方程式にまとめられるが、最初にこれを天下り的に与えていろいろな現象を説明していく方法と、いろいろな現象を解明しながらマクスウェルの方程式を導いていく方法の2通りのやり方があるようだ。砂川「電磁気学」のほか、「ファインマン物理学Ⅲ電磁気学」も教科書か参考書に指定されたが、この2冊もやはりまるで似ていない。

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2017年6月 6日 (火)

力学

 理系の大学生が物理学で最初に学ぶのは力学だ。力学は中学・高校でもちょっとやってるはずだが、質点の力学から始まって仕事とエネルギー、剛体の力学、解析力学へと進んでいくのが一般的だろう。ぼくが大学生のときの教科書は阿部龍蔵の「力学」で、新訂版となった今も標準的テキストとして読まれているようだ。このほか、「ファインマン物理学Ⅰ力学」も教科書か参考書に指定されたが、こちらは非常に独創的な本で、読み比べていくと理解が深まるかもしれない。

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