物理学のストーリー
ニュートンから量子力学へ
高校物理で習った は、間違っていません。むしろ正しすぎるほど正しい。
にもかかわらず物理学は、この式の上に解析力学を積み、さらにその上に量子力学を積みました。
なぜそんなことをしたのか。
理由をたどっていくと、物理学は「公式の一覧」ではなく、一本の物語として読めるようになります。ニュートンからラプラスの悪魔を経て、ファインマンに至る物語です。
章
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序章
物理学は、一度完成した
『プリンキピア』から海王星の発見まで、力学は予言の道具になった。その行き着く先がラプラスの悪魔である。
完成したはずの力学に、なぜ続きがあるのか。全体の見取り図をここで描く。 -
第1章
ニュートン力学 — 力から運動を求める
原理として覚えるべきなのは3法則だけで、高校力学の大部分はその事例集である。
第一法則が計算の「舞台」を決め、第二法則を空間と時間で集めるとエネルギーと運動量が出てくる。 -
第2章
解析力学 — エネルギーから運動を求める
力という主役を降ろし、エネルギーと運動量で運動を書き直す。一般化座標で拘束力を消し、最小作用の原理から運動方程式を導き直す。
位置と運動量を対等に扱う相空間と、量子力学へつながる正準方程式まで進む。 -
第3章 入門編 ／ 量子力学が初めてならこちらから
量子力学の誕生 — 実験から入る量子力学
完成したはずの古典物理学を、実験データが次々に壊していった。黒体放射、光電効果、原子の安定性、そしてド・ブロイの物質波へ。
後半ではシュレディンガー方程式を自分の手で組み立て、確率解釈とトンネル効果まで進む。 -
第3章
量子力学 — 波の重ね合わせから運動を求める
なぜ粒子は、作用が停留になる経路をあらかじめ知っているのか。経路積分がこの問いに答える。
作用は波の位相だった。干渉を生き残った経路がニュートン力学の放物線になり、位置と運動量は順番を入れ替えられない演算子に姿を変える。