物理学の世界とは？

Astro Lab.
物理学の世界とは？
物理学の世界：第1回
URL:www.astro.phys.s.chiba-u.ac.jp/
~miyaji/class/butsurigaku-no-sekai
宮路茂樹
（千葉大理学研究科）
[email protected]
2015/4/17
物理学の世界
1
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
物理学とは？
高校で学ぶ物理学
 「力と運動」、「電気と磁気」、「物質と原子」、
「原子と原子核」、「波動」
 「運動法則」、「熱・エネルギー」

物理学とは何？
 対象となる現象は？
 物理法則は何に適用できるの？
2015/4/17
物理学の世界
2
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
物理学とは？
日本語：物理学
 物事の理（ことわり）を探る学問
英語：physics
Politics:政治学
Mathematics:数学
 physiology:生理学
Geology:地質学
 physiognomy:人相学
 physicist:
 physician:
Magician:手品師
Sociology:社会学
物理学者
Technician:技術者
Astronomy:天文学
医者（内科医）
Gastronomy:美食学
Stylist:スタイリスト
Soloist:独奏者
-ics,-ology,-nomy:学問を表
つまり、物理学の対象は様々、法則を探る学問
す接尾語
-cian,-ist:人を表す接尾語
2015/4/17
物理学の世界
3
物理学の多様性
Astro Lab.
千葉大学物理学科の例
右：南極点でのニュートリノ
実験
左：光物性実験
右：低温実験
左：生物物理実験
でのパターン形成
2015/4/17
物理学の世界
4
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
物理学の対象
対象は全ての自然現象
 小さな物から大きな物まで
素粒子物理、原子核物理、物性物理、
生物物理、宇宙物理等
自然（物理）法則を適用し、現象を理解する。

変化の激しい現代社会でも学んだ事を適用で
きる。
つまり、全ての現象の法則を探る学問！
2015/4/17
物理学の世界
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Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
自然の大きさ
 人間を中心とした自然の階層と大きさ
大山(鳥取
県)の海抜
月の半径
太陽の直径
土星の公
転長半径
1.7m
1729m
1738
km
1.4x109m
1.4x
1012m
一番近い恒
星の距離
一番近い星銀河系の一番近い銀
団の距離
直径
河団の距離
4.3ly
149ly
約 105ly 約 6x107ly
約 1010ly
(4.3x1016m)
(1.4x1018m)
(1021m)
(1026m)
人間の身長
大
き
く
な
る
方
向
(6x1023m)
宇宙の視
半径
（1ly＝9.5x1015 m）
2015/4/17
物理学の世界
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Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
宇宙の階層
NASA提供
2015/4/17
物理学の世界
7
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
自然の大きさ
 人間を中心とした自然の階層と大きさ
人間の伸長
カエルの卵細胞大腸菌の大きさ
1.7m
約1.3mm
小さく
なる
電子の量子的
方向遺伝子２重螺大きさ（コンプト
旋の太さの半径
ン波長）
約 1nm
(1x10-9m)
2015/4/17
2.4x10-12m
物理学の世界
約1μm (1x10-6m)
陽子の量子的大
きさ（コンプトン波
長）
1.3x10-15m
8
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
自然の階層
www.jst.go.jp
１０－１０ｍ
金属膜結晶格子
１０－３ｍ
蛙の卵
ihcuik69.web.fc2.com
１０－７ｍ
１ｍ
T4ファージ
人間
kenshijun.exblog.jp
2015/4/17
物理学の世界
１０－１４ｍ
原子核
Powers of Ten™
9
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
世の中の規則・法則とは？

同じ階層ならば、共通の法則が適用でき
るのだろうか？
地理的制約
 時間的制約


階層を超越した法則が有るのだろうか？

2015/4/17
階層間隔の大きさ
物理学の世界
10
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
大きさと質量の相関
右の図から明らかな様に
各階層の物体間の大きさ
と質量には相関がある。
その特徴を捉える事に
よって、異なる階層の物体
に働く相互作用を理解す
る事ができる。
分子から地球までの主な
相互作用は電磁気力、太
陽から宇宙全体までの相
互作用は重力が主に効い
ている。
「宇宙というネットワーク」、
サイルスタッド
2015/4/17
物理学の世界
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Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
生物の世代の長さと大きさの相関

生物（システム）には
固有の時間尺度が存
在する。
代謝の時間尺度が個
体の寿命を決めてい
た。
単細胞
生物
生命現象も自然の
菌
一部であり、科学
類
法則が適用できる。
多細胞
生物
「宇宙というネットワーク」、
サイルスタッド
2015/4/17
物理学の世界
12
Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
（自然）科学とは
万人が共有できる知識を整理したもの
共有できる＝＞万人に伝えられるもの
伝える為の紛れのない言語

＝＞万人が確かめられるもの
確認する為の実体験
知識の整理＝＞理論、法則の積み重ね
2015/4/17
物理学の世界
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Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
自然現象を探る物理学
自然科学全般を対象として、その中に潜
む法則を見つけ出す「物理学」。
 法則などを出来るだけ明確に定義する為
に「数理的」な表現を用いる。
 対象に固執するのではなく、普遍的な法
則を調べる。
 その普遍的な法則が何処まで適用可能か
も明確にする。

Ａｓｔｒｏ．Ｌａｂ．
本講義の目的
 自然界の法則を探る科学：「物理学」に
ついて学ぶ。
 現代科学の、自然に対する基本的な考
え方を学ぶ。
 物理学の法則を様々な階層（大きさ）の
現象に対して適用し、自然現象の成り
立ち、振る舞いを理解する。
2015/4/17
物理学の世界
15

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