物理学(Physics)とは、自然界のあらゆる現象を包括的に理解するための理論を構築する自然科学のひとつ。
その性質上強力な論理的言語が必要とされる。そのため数学との関係が深く、物理学を理解するためにはある程度の数学的知識が必要となる。
概要
その研究対象は非常に幅広く、目には見えない素粒子から宇宙全体の成立ちまでバラエティに富んでいる。特に量子力学をはじめとする微視的立場と、熱力学をはじめとする巨視的立場のふたつの面に分けられる。
主な体系
- 古典力学―――樹から落ちる林檎について研究する。ニュートンの運動方程式を指導原理とし、量子力学的影響を無視できる巨視的状態での物体の運動を取り扱う。物理学の源流でもある。
- 解析力学―――物体の運動をより一般的に表そうという試み。「大学の物理は数学」とよく言われる理由はおそらくこれ。変分原理→正準変数→積分不変量→量子力学への応用 というのが一連の流れ。
- 電磁気学―――マクスウェル方程式が指導原理なのだが、古典力学がニュートンの運動方程式から出発したのと対照的に、マクスウェル方程式が完成したのは結構後だったりする。他に有名なのはマイケル・ファラデーなど。名前からは予想できないが、この分野に於ける研究が特殊相対性理論に繋がった。ここの電磁波分野あたりが、物理を志す学部生にとって最初の試練となる。
- 相対性理論―――年齢の異なる双子について研究する。アインシュタインが有名だが、実はアインシュタインは相対性理論ではノーベル賞を受賞してはいない(前期量子論に於いて光電効果で受賞)。ぶっちゃけ、当時の物理学の発展の順序からして「いつかは誰かがやるだろうな」という理論ではあった。多くの学生が苦しめられるテンソル計算が出てくるのもここ。
- 宇宙物理学―――相対性理論にくっついて来た理論。もともとアインシュタインは「俺は宇宙がやりたいんだ！」と思って相対性理論を研究していたので、表裏一体な存在とも言える。
- 量子力学―――箱に閉じ込められた猫について研究する。左の例はかの有名なシュレーディンガーの猫。もともとは真空空洞内に於ける黒体輻射が古典力学では矛盾することを回避するために作られた理論であったが、気づけば20世紀および21世紀物理学の中心的分野となった(前期量子論)。その後、リチャード・ファインマン、朝永振一郎などの数々の天才によって発展し、後々の物性物理学へ繋がることになる。
- 素粒子物理学―――量子力学の成果……というと怒る人も居そうだがだいたいそういう位置づけ。大学の物理学科に理論物理研究室という名前の研究室があるなら、だいたいこれを研究している。群論などの数学的知識が必要。
- 熱力学―――窓を開け閉めする悪魔について研究する。左の例はマクスウェルの悪魔……であるが、今のところ否定的な方向で解決されている。初期にはカルノーサイクルなど熱機関などの研究が行われ、その後エントロピーなど、統計力学に繋がる研究課題が現れ、統計力学と共に熱統計力学という分野を形成している。
- 連続体力学―――工学部でよくやる流体力学はこれの一部。シミュレーションでガリガリ、というか解析的には解けない場合が圧倒的に多い。一応、連続方程式とオイラーの運動方程式が指導原理っぽいものだが元を辿れば古典力学なので応用分野と言う印象。
- 統計力学―――熱力学、量子力学などいろいろな分野に現れる。数学を弄って物理的に妥当っぽい仮定をしてそれっぽい結果を出す。この分野を学ぶにはひと通りの解析力学の知識が無いと話にならないので学部の後半で学ばれることが多い。ちなみにこの分野の基礎になっているエルゴード仮説は名前の通りまだ正しいかどうか分かっていない。
- 物性物理学―――切手について研究する。現代物理の主要な研究分野の一つ。というのも「半導体」「超電導」「ナノ」など耳触りのいいキーワードが並ぶため研究費が取りやすいという理由があったりなかったり。
関連項目
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脚注
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読み：ブツリガク
初版作成日: 08/11/22 21:20 ◆ 最終更新日: 12/05/24 03:50
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