[記事公開日]2016/05/08

ニュートン力学の「万有引力」や「運動の3法則」は宇宙と物理の見方を一変させた

ニュートン力学により宇宙と物理の見方を一変させたアイザック・ニュートン

ケプラーの法則が発見されたことにより、地動説の優位は決定的となる

『プトレマイオスが体系化した天動説を地動説へと転回したコペルニクスとガリレオ・ガリレイ』、こちらの記事の中でも書きましたが、プトレマイオスが体系化した天動説(地球中心説)を地動説(地球中心説)へと転回させたのが、コペルニクスであり、ガリレオ・ガリレイでした。

そして、天動説(地球中心説)に対する地動説(地球中心説)の優位を決定的なものにしたとされているのが、ケプラーの法則です。

『太陽系の惑星の軌道に共通する3つの動きを発見したケプラーの法則』、こちらの記事の中でも書きましたが、ドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーは、太陽系の惑星の動きには、共通の性質があることを発見し、1619年に惑星の運動に関する法則として発表しました。

これを、ケプラーの法則といいますが、このため惑星の運動をケプラー運動と呼ぶこともあります。

☆ケプラーの法則
★第1法則(楕円軌道の法則)
惑星は、太陽をひとつの焦点とする楕円軌道上を動く。
★第2法則(面積速度一定の法則)
惑星と太陽とを結ぶ線分が単位時間に描く面積は、移動にかかる時間が同じなら常に一定。
★第3法則(調和の法則)
太陽と惑星の平均的な距離の3乗は、惑星が公転する時間(周期)の2乗に比例する。

ケプラーの法則は、天動説(地球中心説)に対する地動説(地球中心説)の優位を決定的なものにしたとされています。

1543年にコペルニクスの主著『天体の回転について』が出版されて地動説が唱えられて以降も、地動説に基づく惑星運動モデルは従来の天動説モデルと比べて、実用上必ずしも優れたものではなかったと言います。

しかし、ケプラーの法則が登場したことにより、地動説モデルは天動説モデルよりも遥かに正確に惑星の運動を記述することが可能になったようです。

ケプラーの法則は、第1法則・第2法則・第3法則の3つの法則から成り立っており、ケプラーの第1法則では、惑星の軌道を楕円形であるとしましたが、これは、古代ギリシャ以来の常識であった、天体は真円に基づく運動をする筈であるという常識を打ち破る、画期的なものであったとされています。

コペルニクスは惑星の運動を円軌道と考えていましたが、これは観測結果との間にズレを生じさせるものとなっていました。

ケプラーが第1法則を発見して惑星が楕円軌道を描いていることが分かり、地動説と観測とのズレは解消され、コペルニクスが唱えた地動説の優位は揺るぎないものとなったようです。

1543年にコペルニクスの主著『天体の回転について』が出版されて地動説が唱えられ、17世紀にガリレオ・ガリレイが天体望遠鏡による観測で地動説を唱えましたが、ガリレオ・ガリレイはローマ教皇庁から有罪判決を受けてしまいました。

しかし、1543年にコペルニクスが主著『天体の回転について』で唱えた地動説は、100年近い歳月を経て、ケプラーの法則が発見されたことにより、世界観そのものを揺るがすような大きな影響力を持つことになりました。

天動説から地動説への「コペルニクス的転回」は、天文学史上最も重要な発見とされています。

そして、ケプラーの法則は、「科学の父」とも呼ばれるアイザック・ニュートンが「万有引力の法則」を発見することにもつながったと言われています。

 

ニュートンはケプラーの法則を力学的に解明して「万有引力の法則」を発見

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ヨハネス・ケプラーは、ケプラーの法則を発見して、惑星の運動を単純な式で表すことに成功しましたが、しかし、その式はなぜ惑星がそのように運動するのかという疑問には全く答えていませんでした。

この疑問の答えを解明して近代物理学を切り開いたのが、「科学の父」とも呼ばれるアイザック・ニュートンです。

ニュートンが確立したニュートン力学により、それまであった宇宙と物理に対する見方が一変することになります。

アイザック・ニュートンは、17世紀後半に活躍したイギリスの物理学者・数学者・自然哲学者であり、「万有引力の法則」を発見したことでも知られていますが、ニュートンは、自分が発見した運動の法則と、このケプラーの法則などを元にして「万有引力の法則」を導き出したと言われています。

「万有引力の法則」とは、「質量のあるものは、ほかのものを引き付ける力(引力)を持っている」というものですが、ニュートンは、何のヒントもなしにこの法則を見つけた訳ではないようです。

ケプラーは、太陽系の惑星の動きを詳しく調べて、ケプラーの法則を発見しましたが、どうしてこのような法則が成り立つのかは分からなかったので、ニュートンは、ケプラーの法則が成り立つためには、どんな力が働けば良いのかを考えていたようです。

ニュートンはある時、リンゴが木から落ちるのを見て、「リンゴは地球に落ちるのに月はなぜ地球に落ちてこないのか」を考えて、「万有引力の法則」を発見したと言われています。

リンゴが木から落ちるように、地球が物質を引き付ける力(重力)は月をも引き付けているのではないかと考えたようです。

しかも、地球だけではなく、リンゴも砂粒も太陽も、重さ(質量)を持つ物体は全て引力で別の物体を引き付けていることを発見するに至ったようです。

ニュートンが発見したこの力は、「万有引力」と呼ばれましたが、ニュートンが「万有引力の法則」を発見したことによって初めて、惑星の運動も無理なく説明できるようになりました。

ケプラーが太陽系の惑星の動きを詳しく調べて、ケプラーの法則を発見したことが、後にニュートンが「万有引力の法則」を発見することにつながったということのようです。

 

ニュートンは「運動の3法則」や「万有引力の法則」により近代物理学の基礎築いた

ニュートンは近代物理学の基礎を築いた業績から「科学の父」とも呼ばれ、光の干渉の研究、ニュートン式反射望遠鏡の発明など数多くの業績がありますが、主な業績としてはニュートン力学の確立や微積分法の発見があります。

1687年に出版された著書『プリンキピア』でニュートンが発表した「運動の3法則」と「万有引力の法則」が、近代物理学の基礎となりました。

ニュートンが提唱した「運動の3法則」により、様々な物体がなぜ、そしてどのように運動するのかが理解出来るようになりました。

☆ニュートンが提唱した「運動の3法則」
★第1法則(慣性の法則)
全ての物体は、外からの力を受けない限り、静止するか等速運動を続ける。
★第2法則(ニュートンの運動方程式)
物体が力を受けると、物体はその力と同じ方向に力の大きさに比例する加速度で動く。
★第3法則(作用・反作用の法則)
物体Aが物体Bから力を受ける時(作用)、物体Bも物体Aから同じ大きさの力を受ける(反作用)。

ニュートン力学の偉大さは、物体の運動について調べる動力学を確立したところにあるとされています。

ニュートン力学は、「絶対時間」と「絶対空間」を前提とした上で、「運動の3法則」と「万有引力の法則」を代表とする二体間の遠隔作用として働く力を基礎とした体系であり、広範囲の力学現象を演繹的かつ統一的に説明し得る体系とされています。

ニュートン力学の「万有引力の法則」や「運動の3法則」は、宇宙や物理に対する見方を一変させたものとして、高く評価されています。

 

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