物理法則のなぜ? 宇宙のついて考える事と同じ理由。

物理法則をみていくと「なぜそうなっているのか?」、という疑問が沸いてくることがあります。

歴史的な物理法則の発見の経緯を見ても、こういう表現をすればうまく説明できたという感じで見つけた法則がたくさんあります。

例えばケプラーの第1法則。

惑星は太陽を一つの焦点にした楕円軌道上を描くというものです。

ティコ・ブラーエの観測データをもとにケプラーが発見しました。

このケプラーの発見については、惑星の軌道が楕円であると仮定すると、コペルニクスの唱えた地動説モデルをはるかに正確に惑星の運動を記述することが可能になりました。

しかし、ケプラーの時代には、なぜ楕円軌道を描いているのかについての考察はありませんでした。

惑星が楕円軌道を描いているというる「事実」を突き止めたところで終わっています。

その後、惑星が楕円軌道を描くのは、距離の二乗に反比例する中心力が働くからだということがわかりました。

現在では惑星が楕円軌道を描くのは、中心力が距離の二乗に反比例することが原因であるということが研究でわかっています。

(キーワード:ベルトラン(Bertrand)の定理。

もともとはフランス語の論文でしたが、英語にも翻訳されています。

結構あっさり書かれていますが、大学数学の知識が必要です。

大学に合格したら、この論文が理解できることを目標にしてもいいかもしれません。)

ところが、ここから先のなぜ中心力が距離の二乗に反比例するような性質を持っているのかはわかっていません。

このように、物理法則というものは、ある現象に対してこうすれば説明できるけれども、その先のなぜはまだ解明されていないことが多いのです。

一方、高校の教科書では、物理法則はあたかも全てわかっているような感じで書いています。

残念ながら、高校物理の教科書には、万有引力の公式もなんの前触れなくでてきて、この意味はあまり詳しく解説されていません。

万有引力に限らず、他の物理の項目もぽんと法則が出てくることがあり、

「え? なんのこと?」

と戸惑うかもしれません。

読んでみたけれども、よくわからないと感じたときの物理法則は、実は事実はわかっているけれども、本質的なところまでは解明できていない物理法則だった可能性があるのです。

物理法則をみて「なぜ?」と感じたら、その感性は必ず大切に取っておいてください。

実はまだまだ解明されていないことが隠されているかもしれないからです。

わからないことを解明する、これが物理の面白さではないでしょうか?

しかし、物理の本質をつかもうとするととても大きな装置やエネルギーが必要になります。

例えば、「物質の基本粒子は何か?」という問題。現在では素粒子として、クォークやレプトン、ゲージ粒子、ビッグス粒子があります。

これらを調べることは、物質の根源は何かを調べることに該当しますが、同時に宇宙の始まりはどういう状態だったかを調べることになります。

私たちの宇宙はビッグバンから始まりました。

その後、素粒子が誕生し、重力、強い力、弱い力、電磁力に分かれていった「宇宙の歴史」。

宇宙が誕生した直後は、ものすごい高温でした。

すなわち、ものすごいエネルギーだったのです。

それだけのエネルギーがあったため、全てが一緒だったのです。

現在の宇宙は誕生直後に比べて冷えています。そのため、素粒子は原子の中に閉じ込められている状態です。

そのため、素粒子を取り出すためには、ものすごいエネルギーが必要になるのです。

このようなことを地上で実験するのは非常に大変なことですが、宇宙には信じられないぐらいのエネルギーを出す天体もあります。

すなわち、宇宙は地球上では実験できないようなことが実際に起こっている大きな実験場であるとも言えます。

さらに重力波の発見で一役買ったブラックホールもまた一つの実験場です。

相対論がそのままでは通用しないので、現在はどのように扱ったらいいか研究されているブラックホール。

実際にブラックホールが存在すると言うことは、必ずそこで「何かが起こって」いるのです。

ただ、現在の私たちにはまだ解明できていないだけなのです。

このカテゴリーでは、物理のなぜについて解説しています。

しかし、このカテゴリーでは、まだわからないことは何かということを疑問に思って読んでください。

ここで書かれていることは、あくまで現時点で解明されたことだけです。

解明されているところは納得できても、さらなる疑問がでてくるかもしれません。

それは、君が理解できなかったからではなく、そもそも誰も解明されていないために説明ができない事が原因です。

「なぜだろう?」と考えながら、読んでくださいね。

宇宙は、物理の大きな実験場でもあります。

そのため、宇宙と物理は非常に密接な関係になっています。

しかし、高校物理では、宇宙と物理との結びつきは非常に弱いもののような構成になっています。

でも実際には違います。

だからこそ、君が思う「物理のなぜ?」は、より宇宙の勉強や研究が面白くさせるスパイスになるのです。

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