高校物理のその先へ。。。｜熊本の学習塾ブレイクスルー・アカデミー
こんにちは。熊本の勉強戦略コンサルティング指導塾、ブレイクスルー・アカデミー代表の安東正治です。
今回のテーマは高校物理のさらにその先。理論物理学です。理論物理学とは、直接的な証明こそできないものの、この世の成り立ちや現象発生の原因について理論で深め解明していく物理学。その中でもこのエルヴィン=シュレディンガーという人の存在は超重要なのです。
そこで今日は、入試には絶対に出ない『シュレディンガーの猫』というお話をご紹介したいと思います(笑)たまにはこういう回り道もイイかも使れませんよ^ ^物理を好きになるきっかけになれば幸いです。
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熊本の塾長が教える高校物理と数学
高校物理という世界しか知らない間は、物理ってえらく難しいことさせられてるなぁなんて思うかも知れませんが、実はかなり大雑把な条件下で考えさせられている基本レベルなんです。というのも、物体が運動しているのに空気の抵抗を無視してイイとか、摩擦の影響を無視してイイとか、考えてみたら「え？本当にそれでいいの？」なんて思うような状況ばかり。
しかし、現実問題として一般の高校生に物理を教えようとすると、それ以上に難しいレベルになったらまずついてこれる生徒がほとんどいなくなります。ですから苦渋の選択として、まずは細かい設定は置いておいて、基本を身につけてから先に進んでもらおうということになっています。これは非常に理に適った進め方です。何事も少しずつ複雑な状況にしていく、条件を1つ1つ増やして現実に近づけていくという方法が学びやすいもの。そのため高校物理は物理学という専門分野の入門編みたいなところがあるわけです。こう考えると少し物理への抵抗感が減りませんか？
ちなみに数学という教科は、こういった物理や化学、生物や地学といった理科の分野において使われるツール(道具)として生まれました。目的はそもそも計算を解くことではなく、その計算を解くことで解明される年代測定や天体間の法則、物質の反応生や細菌の繁殖率などの方にあるわけで、それを「計算の仕方」という別分野として切り出して勉強させられているのが数学なんですね。ですから「この計算を解いて何になるの？」という疑問が湧いて当然なのです。その計算自体には目的がないからです。むしろその計算を解くのは手段に過ぎません。だから数学は人によっては非常に理解しがたいものに映るわけです。
熊本の塾で垣間見る高校物理のその先
では今回の理論物理学という分野はどういう位置づけなのかというと、ざっくり言えば「この世がどういう構造なのかを解明する」ことを目的とする分野になります。そして、この世の構造を解明するにはニュートンやアインシュタインに代表される、それこそ高校物理で触れる「古典物理学」だけでは到底できません。それには「量子物理学」という分野まで踏み込む必要があります。
量子物理学というのは非常に小さな世界の物理法則を扱う分野です。高校生であれば「原子」と聞くとめちゃくちゃ小さいイメージかも知れませんが、物理学の世界ではこの原子が境界線となり、原子より大きい世界をマクロ、それよりも小さな世界をミクロと言います。「原子よりも小さな世界！？」と思われるかも知れませんが、すでにご存知の通り、原子の中にはさらに原子核と電子がいますよね？そして原子核の中には陽子と中性子がいる。そして高校物理では、これら陽子、中性子、電子が最小単位であるかのように教わるわけです。しかし本当は違うんですね。
電子はそれ自体が最も小さな粒子(素粒子)ですが、陽子と中性子はさらに小さな素粒子の「クォーク」からできているのです。そしてこの素粒子は、今の理論物理学では「ひもの振動」だと言われていて、これを『超ひも理論(Superstring theory)』と言います。
面白いのはさらにここから。これら素粒子のサイズにまでなってくると、実は私たちが知っている古典物理学の物理法則では解明できない、不思議な世界になってくるわけです。
熊本の塾長が教える高校物理の先にある世界
例えば、量子力学が扱う世界では、たった1つのものが同時に複数箇所に存在することができる、なんてルールがあります。また、その逆の、同じ場所に複数のものが同時に存在することができる、なんて話も普通に出てくるわけです。瞬間移動をする、光よりも速いスピードで反応する、物体をすり抜ける。こういったことが法則として存在する世界が量子物理学なのです。
しかし今聞いても分かる通り、いきなり聞くとかなり突拍子もない話に聞こえますよね？それは物理学者たちも同じでした。ですから当時の物理学者たちの多くは、すぐにはその”新説”を受け入れることができなかったのです。
それはかの有名な物理学者アルバート=アインシュタインもそうでした。知の巨人ニールス=ボーアが「確率論」を持ち込んだ時の二人の論争は物理学の世界ではとても有名な話です。無神論者だったアインシュタインが「神はサイコロを振らない」と言い放つほどでした。そしてこの「確率論」に挑んだ人物こそ、今回登場するエルヴィン=シュレディンガーなのです。
物理学の世界だけでなく、この『シュレディンガーの猫』をきっかけに生物学に転向した彼は、そこでも革命的なことを起こします。量子の世界の概念を生物学で採用することで、彼は独自の視点からこの世の成り立ちにメスを入れていったのです。そして彼が物理学の世界にもたらした発想が「パラレルワールド」。今私たちが存在しているこの時間軸以外にも、実は並行して存在する別の世界がある、、、そんな可能性をもたらしたのです。
まとめ
さて、ここで「まとめ」と銘打ってしまいましたが、実はここからが本題です(笑)シュレディンガーが一体何を主張したのか。なぜ物理学の世界から生物学の世界に転向したのか。彼が否定したかった確率論と、その論争から生まれたパラレルワールドという概念とは！？
勿論、この範囲のことは受験には100%出ません。ですからあまり量子論にハマってもらっても困るわけですが、それくらいの魅力がある世界が高校物理のその先にはあるということを知っておいて下さい。それに、量子論の面白さから高校物理に興味を持ってもらえるようになれば、かなり理想です。
言っても今習っている高校物理の世界は「古典物理学」ですから、本当にこの世の仕組みを理解しようと思ったら、量子論に踏み込まなければなりません。そして、その量子論の中でも特に重要な人物こそがシュレディンガー方程式を編み出したエルヴィン=シュレディンガー。彼が量子論を生物学に取り入れて与えた影響も計り知れません。
今回の動画も含めて3+1話でお伝えする『シュレディンガーの猫』の世界。是非大学に進学された折には自身の興味で深めていっていただけたらと思います。信じられないような事実と沢山出会えること間違い無しです。こういったワクワクが本当は学問の先にはあるのですが、勉強となると面白さが減退してしまうんですよね^ ^; あなたの勉強が少しでも学びに昇華されることを祈っています。
熊本の塾で高校物理のその先を学ぼう
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