「古典物理」と「現代物理」——Gooday and Mitchell, Rethinking `Classical physics' (2014)

G. Gooday and D. J. Mitchell, “Rethinking `Classical Physics’”, in The Oxford Handbook of the History of Physics (Oxford: University Press, 2014), Ch. 24.

近年の物理学史家は,「古典物理学」という言葉を分析的用語として用いることを避けているが,このことの含意は十分に検討されていないし,また19世紀後半の歴史を描く際にはいわゆる「現代物理学」が念頭に置かれている.だがそれでは,当時の実験や応用における歴史的連続性を見逃すことになってしまう.

「古典物理学」と「現代物理学」という表現の出自については,ステイリーが詳しい研究を行っている.彼の主張は,それら二つの言葉は1911年のソルヴェイ会議の折にプランクによって同時に造られた,というものだ.しかしプランクが問題にしていたのは,熱力学や電磁気学などの個別的な「古典的理論」と量子論をいかに整合させるかということであり,ステイリーはこれを「古典物理学」全体と混同している.また,ボーアの発言からわかるように,「古典物理学」の崩壊が,同時に「現代物理学」の誕生を意味するのでもないし,「現代物理学」が量子力学と相対性理論を指す言葉として使われるようになったのは,ずいぶんと後のことである.また,プランクによる区別が,ほかの会議参加者によってどの程度共有されたのかも明らかではなく,さらに,量子論とそうでない理論の区別を「古典物理学」と「現代物理学」の区別と重ね合わせていいのかどうかも問題だ.

結局,当時の歴史を書くときに,「古典」「現代」という境界線を明確に引くことは困難なので,代わりとなる分析の道具を求めなければならない.エーテルの存在論的地位,産業と物理学の関係,フランスにおける実験物理学的伝統という三つを例にしよう.エーテルという放棄された理論的対象の存在論的地位は,マイケルソン=モーリーの実験以後も,またいわゆる「現代物理学」たる相対性理論の誕生後も,いやそれら以前においても,決して物理学者たちに共有されていたわけではなった.産業と物理学の関係は,「古典物理学」「現代物理学」の区分ではない,別の区分に沿った物理学の歴史を見せてくれる.特に,実験装置と相対論・量子論の関係は重要だ.さらに,フランスでは実験的実践と現象論的傾向が知的にも制度的にもきわめて強固であり,1930年代までこの傾向は続いた.

「古典物理学」というコトバは20世紀の初頭になってはじめて使われたことに注意すべきである.1900年以前の物理学を「古典物理学」と呼ぶことはアナクロニズムなのだ.エーテル,産業,フランス,という三つの例で,このアナクロニズムを避ける可能性を提示した.「古典物理学」と「現代物理学」は1911年に同時に作られた,というステイリーの主張には疑問の余地があるが,それでも,これら二つの区別の起源について探究を進めることで,そのいっそう一般的な含意についての歴史的問いを立てることが可能になる.特に,「現代物理学」が「古典物理学」との連続性を保ちながら形成されてきたことを考えれば,それはクーン的な科学革命論に対する反論となるだろう.

Written on August 24, 2017.
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Badino, Historians of quantum physics (2017)

M. Badino, “What Have the Historians of Quantum Physics Ever Done for us?”, Centaurus (2017), n/a–n/a (online version).

量子物理学は,物理学内部のみならず,きわめて大きな文化的影響力を持っており,したがって,科学史の側からもその歴史についての多くの探究がなされてきた.近年,量子物理学史(HQP)のプレゼンスは落ちてきているようであるが,それでも多くの新しい研究が生まれている.

量子物理学史は早くも1930年代に,ローゼンフェルトなどの物理学者の手によって始められていたが,科学史家による研究は1960年代に始められた.代表例としては,Max Jammer の The Conceptual Development of Quantum Mechanics (1966) が挙げられる.この本は,まず概念の歴史的展開を追うということ,そしてそれは何よりも量子力学に関するものであったということ,この二点によってその後の研究の潮流を決定づけた.また同時期には,Archive for the History of Quantum Physics の計画がスタートし,インタビューを含む貴重な資料群を提供した.1970年代後半から,科学史家はさまざまな「転回」に直面した.量子物理学の歴史がそのような「転回」に対して反応するのは遅かったと言えるが,Galison と Warwick が Studies in History and Philosophy of Science で「理論の文化」と題する特集号を組んだとき(1998)から潮目が変わり,文化的・社会的・政治的要素にも目が向けられるようになった.

Galison & Warwick 以来の新傾向として,史料,語り,科学哲学が挙げられる.史料に関しては,まずはデジタル化の進行が重要な潮流である.これは利用可能な文書の量とそれへのアクセシビリティを飛躍的に増大させた.またそれにより,影響関係を新しく発見したり,新しい登場人物を発掘することも以前と比べれば容易になった.往復書簡は公刊論文を補完するものではなく,登場人物のあいだの方法論的なバイアスや緊張関係など,より繊細なニュアンスを与えるために重視されるようになった.会議の議事録や,教育用の文書(教科書)などにも新しい角度からの光が当てられている.

1960年代から1970年代には,Jammer流の量子力学の歴史が,すなわち,欧米の白人男性の原子理論家に関する歴史が語られていた.いまやこの様子は一変している.まず,近年の量子物理学の歴史は,原子理論以外にも,より広い範囲の対象が扱われている.単純に方程式や理論に限っても,伝統的な熱力学的・統計力学的アプローチの重要性が見直されているし,それ以外では,応用や実験の役割が前期量子論や固体物理学の文脈で再検討されている.また,量子物理学とその他の分野の境界領域(量子化学や量子重力など)の歴史も注目を集めている.地理的・ジェンダー的要因の考察も,一定の蓄積はあるとはいえ,今後のさらなる研究が待たれる.こうした量子物理学史の潮流は,単に知的なだけではなく,社会・政治・文化などの要素をも組み込んだ新しい観念史を指向していると言える.この15年のあいだに出版された多くの物理学者の伝記はこの潮流に沿ったものであるが,そこには,解釈的な伝記と社会的・政治的な伝記の二つの流れがあるように思われる.

量子力学が哲学的にきわめて魅力的だったのは疑いがない.しかし,量子物理学の歴史と哲学とは,かなり後になるまで結びつくことはなかった.論理実証主義が歴史を放棄したこと,「理論」という言葉に対する見解が,歴史家と哲学者のあいだで異なっていたことなどがその原因である.歴史家は,日々の研究から,それほど無邪気に「理論」というカタマリを表す言葉を使う気にはなれないのである.これに対しては,「実践」を歴史的分析の単位にするというオプションが考えられている.またより直接に,歴史的研究に哲学的な立場を反映させることも試みられている.科学哲学と科学史の協同は近年,制度的にも推進されている.

それでは結局,量子物理学の歴史家たちは何をしてきたのだろうか.2014年にGuldiとArmitageは History Manifesto の中でマイクロヒストリーを批判し,より長期的な歴史を書くべきだと主張したたが,科学史家は1990年代前半から同様の方向に向かってきたし,またとくに,技術的詳細とその他の要素が結びついた新しい観念史という近年の量子物理学の歴史の傾向も同様である.量子物理学の歴史は,歴史学全体にとって大きな利益になる可能性がある.

Written on August 15, 2017.
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Badino on Planck's theory of quantum ideal gases (2010)

M. Badino, “Das Verfolgen einer Idee: Plancks Theorie idealer Gase”, in D. Hoffmann ed., Max Planck und die moderne Physik (Springer, 2010), 135–148.

1900年から1920年代にかけてのプランクの量子理想気体の研究が,系の一般的な特徴に着目し,ミクロな構造に関わる特殊な仮定は避けるという戦略に従っていたことを主張する論考.理想気体のエントロピー表式はすでに古典統計力学においても見出されていたが,そこに現れる位相空間の体積要素 G をどのように決定するかが量子論においては問題になった.1912年,サッカーとテトローデによってそれぞれ独立に提案されたのは,$G = h^f$ ($h$はプランク定数,$f$は系の自由度)ということで,プランクにとってはこのことは,『熱輻射論講義』第二版(1912)で論じているように,確率および確率的なエントロピーの定義と密接に結びついていたが,その意味については十分に解明されなかった.特に,その分子数への依存性が何を意味しているのかが不明であった.この点については,相平衡についてのヴォルフスケール講演(1913)で,ローレンツなどから批判を浴びることになった.

プランクはそこで,もともとの戦略に立ち戻り,系の記述方法に関する一般的な考察を行った.具体的には,熱力学における特性関数 $\Psi$ を状態和によって表現するのだが,それは問題を系の状態の数え上げ,すなわち位相空間のある種の分割(ゾンマーフェルトの原子物理学はすでにこのテクニックを提供していた)へと落とし込むことだった.このような考察からプランクは,$N$個の異なる原子からなる系の$n$個の体積要素(あるいは量子状態)の体積について $G_n_ = (nh)^{3N} $ という関係と導かれ,また位相空間と状態空間を区別することから,物理的に意味のある領域の体積を $G_n = N! (nh)^{3N}$ と表現した.プランクは遅くとも1921年の『熱輻射論講義』第4版までにこの認識に到達している.

このようなプランクの戦略は,しかし,系の記述に関するものであって,系に含まれている対象自身に関するものではなった.したがって,ボース=アインシュタイン統計のような,区別できない粒子という考えには至らなかった.

Written on July 5, 2017.
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Gray on Poincaré's quantum theory --- Henri Poincaré (2013)

Jeremy Gray, Henri Poincaré: A Scientific Biography (Princeton: Princeton University Press, 2013)

ポワンカレに関する初の包括的なモノグラフから,量子論に関係する部分をつまみ読み.

彼の数理物理学に対するアプローチは現象論的で,非常に狭い線形な領域を調べることで,線形な方程式から,機会があれば線形偏微分方程式を導くというものだった.しかし,この路線は,量子論の登場によって放棄されることになった(23).

1911年10月30日から11月3日にかけてブリュッセルで開かれたソルヴェイ会議に招かれ,熱心に量子論について議論した.すでに大御所と見なされていたとはいえ,この点に関してはプランクの賞賛が残っている.量子化された共鳴子の振舞いと,それらの相互作用のメカニズムについて考察し,会議から帰って一ヶ月後には,プランクの放射則を導くためには量子が必要であることを証明する6頁の論文を発表した.放射の問題については,1912年4月11日にパリ物理学会の会合でも報告を行ったが,その中では当時の実験に触れながら,原子の存在と,原子の構造について論じている.また,同年5月11日にロンドンでも量子の問題について講演を行い,ソルヴェイ会議の結果を報告するとともに,量子論的な非連続性が必要であることを強調し,さらに「時間の原子」が存在する可能性にも言及した.ポワンカレの論文はよく引用され,影響力が大きいものであった.ポワンカレの死後,1913年にランジュヴァンが評したところでは,ポワンカレの論考は,自然法則と微積分が不可分だと信じられていた時代の終わりを告げるものだった(150–152;see also 378–381).

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Written on July 5, 2017.
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McCormmach on Poincaré's quantum theory (1967)

R. McCormmach, “Henri Poincaré and the quantum theory”, Isis 58 (1967): 37–55.

ポワンカレの量子論についての古典的研究.1911年10月30日から11月3日にかけて開かれた第1回ソルヴェイ会議に出席するまで,ポワンカレは量子論に特にコミットしていたわけではなかったが,彼は会議での議論に熱心に参加した.それは量子論が「統一」という彼の科学的理想に適うからだった.ソルヴェイ会議で議長を務めたローレンツは,量子仮説の必要性を示すことと,放射のメカニズムを解明することが必要だという認識を示したが,ポワンカレが会議から帰国して取りかかった研究はまさにこの二点にかかっていた.

ポワンカレは会議から帰国した後,12月4日にはパリのアカデミーで自身の考察を報告し,翌年1月には Journal de physique 誌に「量子の理論について」(Sur la théorie des quanta)を出版した.この1912年の論文でポワンカレは,量子仮説が放射則にとって必要かつ十分であること,さらに黒体放射の全エネルギーが有限であるためには自然法則が非連続的でなければならないことを示し,自然法則を根本的に変更しなければならないと主張した.これはソルヴェイ会議でネルンストやランジュヴァンと検討していた,質量を物体の速度と加速度に依存させることでプランクの放射則を導くというアイディアを否定することでもあった.しかしポワンカレは,アインシュタインの光量子論にも,エーレンフェストの論文にも言及していないことから分かるように,量子論の文献にはあまり通じていなかったようだ.

ポワンカレは「量子の理論について」を出版した半年後に死去したが,その影響は大きかった.これにはおそらく,彼のもつ権威がはたらいていただろう.ブリルワン(単色放射の仮定が単純過ぎるのではないか),オイケン(エネルギー保存と運動量保存を放棄すれば自然法則の連続性は保たれる),マクラレン(最小作用の原理を否定すれば自然法則の連続性は保たれる)などからは批判が寄せられた一方で,フランスでは明らかに量子論に関する論文数が増大したし,英国では1913年にバーミンガムで開かれたBAASでのジーンズの講演をきっかけにポワンカレ論文の受容が進んだ.1914年にはジーンズが 『放射と量子論についての報告』(Report on radiation and the quantum theory)を執筆し,ダーウィンがポワンカレ論文を翻訳した.その後ファウラーは,スチルチェス積分を用いることでポワンカレの証明を完成させた.これらの展開を振り返ってランジュヴァンは,ポワンカレの1912年の論文は,連続な微分方程式の時代の終焉を告げるものであった,と述べている.

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Written on July 1, 2017.
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