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カテゴリ:自然科学一般(16/25)

古典力学 力学の基礎 第2版 : 綿引 芳之 | 学術研究出版





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タイトル: 古典力学 力学の基礎 第2版

著者: 綿引 芳之  書店: 学術研究出版 

カテゴリー: 自然科学一般
ページ数: 158
サイズ: A5

書籍形式








 


本の要約

本書は,古典力学の基礎を理論的に解説した入門書である。科学と呼ばれる「自然現象の理解」は理論という形にまとめられる。ところで,一般に,理論は数学と解釈から構成される。つまり,「理論=数学+解釈」である。解釈は数学を現実世界に対応させるもので,特に理論が科学の理論ならば,自然は数学そのもの,つまり,「自然=数学」となる。それゆえ,自然現象は数学的な性質と言えて,自然現象の理解は理論の構築と等価になる。物理は科学の中でも基礎的な分野で,本書で扱う古典力学は物理の基礎になる。

さて,この古典力学だが,高校物理や古典力学の多くの入門書では,「質量」や「力」を曖昧に定義しながら,Newtonの運動3法則を観測事実に基づいて説明している。物理が科学の一分野であることを考えれば,観測事実に基づく説明は自然なことなのだが,Newtonの運動3法則に関する理論的な議論は避けられている。本書では「質量」や「力」の定義を曖昧にせず,Newtonの運動3法則の理論的な議論に踏み込む。手法としては,現代物理学ではかなり昔から主流になっている「対称性」を軸にして議論を進めてゆく。

本書は高校物理を前提としないが,高校数学,および,大学1年次で習う数学(微積分と線形代数)の基礎を前提としている。ただし,高校数学は,微積分の基礎,特に,区分求積を理解していれば十分で,大学1年次で習う数学は,全て学習してから本書を読み始める必要はなく,本書を読みながら学習すれば十分である。むしろ,本書では,これらよりも論理的な思考能力が重要になる。本書は大学等の受験や物理学以外の分野を意識して書かれてはいないが,本書で展開される論理的な思考は,理系ならどんな分野でも役立つことは間違いないと信ずるものである。

著者のプロフィール

仕事は理論物理学者をしています。専門は物理学の素粒子理論で,量子重力理論を中心に研究しています。そこで,専門の話ではありますが,この場をお借りし,私が研究している量子重力理論を簡単に紹介したいと思います。
現代の物理学の基礎理論は,光や電子・陽子のような素粒子の相互作用を記述する(素粒子物理学の)標準理論と重力を記述する一般相対性理論の2つの理論から構成されます。ところが,前者の標準理論は量子化が可能な理論なのですが,後者の一般相対性理論は量子化が不可能な理論なので,ビッグバン以前の宇宙のような量子論が必要となる高エネルギーの世界では,両者の理論は両立しません。この世の現象の全て,特に,ビッグバン以前の宇宙を説明するには,両者を両立,つまり,統一する理論を得る必要があり,よって,低エネルギーで一般相対性理論に帰着する量子重力理論を得る必要があります。
これが量子重力理論を研究する一つの目的です。そして,量子重力理論が完成すると,私たちは,ビッグバン以前の宇宙の状態,つまりは,空間や時間がどのように誕生したのか,空間や時間が誕生する前はどのような世界だったのかを知ることができます。これが研究のもう一つの目的です。
 ところで,私たち人類が発見した量子重力理論の候補は,今までは,ひも理論だけでした。しかし,残念なことに,ひも理論から予言される物理現象は今のところ皆無で,ビッグバン以前の宇宙の状態が理解できることもなく,研究として行き詰った状況にあります。このような状況の中,最近になりますが,私たちの研究グループは,量子重力理論の新たな候補を発見しました。これは「因果力学的単体分割(CDT)」という理論で,時間と空間の起源が異なるという大きな特徴を持ちます。因果力学的単体分割は,例外ジョルダン代数の構造を組み込むと,現実世界を記述する理論になり得ることがわかってきました。ひも理論と等価な理論になる可能性まであります。この理論によれば,宇宙は,1次元空間として無から誕生し,編み上げ機構と呼ばれるメカニズムによって高次元空間へ変化します。また,この理論は,宇宙のインフレーションやビッグバンなどの物理現象を説明し,私たちの宇宙が高次元トーラスの形をした平坦な空間であることを予言し,現在の宇宙の加速膨張をも説明します。これらいずれの現象も,この理論に現れる赤ちゃん宇宙やワームホールが重要な役割を果たしますが,赤ちゃん宇宙やワームホールは複数の宇宙同士の相互作用によって生み出されるものなので,一般相対性理論には存在しない量子重力理論特有のメカニズムが働いています。
 以上は,数式なしの簡単な説明だったので,説得力に欠けますが,「量子重力」が宇宙誕生の鍵になることが伝われば幸いです。