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マスログ

2022/03/04

歴代最高の天才科学者~アイザック・ニュートンの人物と業績とは?~(後編)

本記事は、「歴代最高の天才科学者~アイザック・ニュートンの人物と業績とは?~(前編)」の続きの記事となります。まだ読んでいない方は、ぜひそちらからご覧いただけるとより楽しめる内容となっております。

https://wakara.co.jp/mathlog/20220301

ニュートンは何を発見したのか?

世界で大流行したペストにより自宅で研究する時間を得て、様々な驚異的な発見を行ったアイザック・ニュートン。しかし、実はその発見が世に知られるまで非常に長い時間がかかっています。その間何を行っていたかと言うと、なんと錬金術と聖書の研究に没頭していたのです!また、あまり人づきあいが得意ではないニュートンが他の人に色々言われたり発見を盗まれたりするのを嫌がったためとも言われています。

そんなニュートンを自然科学の世界に引き戻したのは、ハレー彗星で知られる天文学者エドモンド・ハレーでした。 論文を書き渋るニュートンをなだめ、出版の費用まで受け持ったハレーの助力によって、 1686年に「自然科学の数学的原理(プリンキピア)」が王立協会に提出され、刊行されました。ニュートンが「創造的休暇」のときに発見してから実に20年が過ぎての出来事です。

プリンキピア(自然科学の数学的原理)。1686年発刊。

プリンキピア」では、天才たちによって紀元前から連綿と紡がれていた力学、物理学、天文学を1つにまとめるという途方もない偉業が行われています。そのうち、ニュートンが結論付けた運動に関する3法則と、万有引力の法則を紹介しましましょう。

  • 第1法則:外部から力を受けない物体は、最初から止まっているものは止まったままで、動いているものは同じ速さで動き続ける(高校物理で学ぶいわゆる「慣性の法則」)。
  • 第2法則:物体が受ける力の大きさは、物体の質量と加速度の掛け算によって決まる(同じく「運動方程式」)。
  • 第3法則:二つの物体の間に働く力は一方の物体に働くだけでなく、必ずもう一方へも反作用の力が働く(同じく「作用・反作用の法則)」。
  • 【万有引力の法則】質量を持つ2つの物体の間には力が働く。互いに引きあい、その力の大きさは物体間の距離の二乗に比例する。
  • さらに数学に長けたニュートンは、これらの法則に基づく計算を行うための道具まで発明しました。微分・積分という名前で知られる計算方法を作り出し、地球にある物体が地球の中心から受ける引力の計算を行います。その計算結果は、先人であるガリレオが実験によって求めた計算結果と一致しました(いわゆる重力加速度)。

    ニュートンがまとめ上げた上記の法則をもとにハレーは天体の運動に関する計算を行い、一度観測された彗星が次に観測される年を予測しました。その結果は見事的中し、のちに「ハレー彗星」と呼ばれることになります。

    さらに、当時発見されていた天体の運動に関する経験則である「ケプラーの3法則」は、ニュートンが考えた万有引力で説明がつくことも示しました。ここでケプラーによる「天体の運動に関する法則」と、ガリレオの「地上の物体の運動に関する法則」の2大理論が経験ではなく計算によって裏付けられ、統合されて万有引力という概念に置き換わりました。

    おわりに

    アイザック・ニュートン。その名前を冠した科学雑誌「Newton」は現在も日本中の科学ファンの間で楽しまれており、現代の高校生は彼が生み出した微分積分学によって数学を学び、彼が仕上げた運動方程式によって物理を理解します。錬金術に傾倒していたり政治家として活動したこともあったり、様々な面を持つ彼ですが、当時存在した理論をまとめ、ニュートン力学(古典力学)と呼ばれる一大理論を築き上げた功績は「史上最高の天才」の名にふさわしいといえるでしょう。

    最後にニュートンの遺した言葉を一節紹介して、締めくくろうと思います。

    「どんな行動にも、必ずそれと等しい反対の反応があるものである。」

    地球の遥か彼方にある天体と、地上での物体の運動に共通する法則を見出したニュートンには、人間のふるまいにも共通するものを見出していたのかもしれません。

    それではまた。

    <文/岡崎 凌>
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