高校物理の難しさ（物理量の捉え方について）

物理の数式を眺めるたびに、なぜこれらが頭に入りにくいのか、特に僕のような人文系思考の人間にとってなぜ了解しがたいのか、つくづく考えることがある。

それをざーっと記す。

あくまで僕の雑記であり、用語上の正確さにはあまり拘っておらず、そもそも本稿の主要テーマである「物理量」の定義からして必ずしも精密なものではないようだが、それでも以下に簡易にしたためた内容は論旨明瞭かつほぼ正しいものであろうと期待している。

====================--

そもそも、我々が物事を理解するにあたっては、大きく２つの思考形式があると思われる。

ひとつは、「〇〇が」「××する」「だから」「△△が」「××した」「そして」「〇〇が」…という具合に経過時間に沿った因果プロセスとして捉える思考形式。

（たとえば歴史解釈の多くはプロセス思考に拠っているように察せられる。）

もうひとつは、対象物や経過時間などなどを（何階かの）連立方程式として捉える着想。

高校あたりの理科のうち、化学はいざ知らずとも物理は因果プロセス思考で挑んでは了察が難しく、むしろ連立方程式の着想を大いに発動すべきだと睨んでいる。

さて、「熱」「粒子」「電気」などは、「我々が体感として直接捕捉が出来る実体」だ。

体感しうる実体ゆえ、人間がそれらを量として共有することが容易、よって、それら「実体」の全貌を直観しやすいということだ。

「電気が」、「粒子が」、「熱が」、…　「増える」、「減る」、「酸化する」、「還元する」…などなど。

また、これらは体感から生じているゆえ、プロセス思考から入っても実体像に帰納しやすい。

だから、人工的な量変換も情報共有もたやすい。

ところが、人間が体感とは別に論理上設定したに過ぎぬ量さえも「物理量」ということになっている。

そうやって論理上の物理量としては、速度だの濃度だの電力などなどがたちまち思い出される　─　というより、間接的に観測出来るにすぎない量であっても、物理学に則ってさえいればすべて物理量というそうな。

=================

さて問題はここからだ。

物理における最も根幹的な関数式のひとつ、いわゆる運動方程式: 

F = kma

これは運動する物体における「力F」の関数式だと説明がなされ、これを構成する比例定数としてmは「物体の運動慣性つまり質量」を指し、aは「物体の動かし難さつまり加速度」を指すんですよ、論理上の量なのですよと説明が続く。

おまけにもうひとつ、なんらかの比例定数kまで含んでいやがる。

ほぅ、論理上の量表現だというのならそれらのかかわりを演繹しつつ実体に帰納してやろうじゃないか　─　と、「プロセス思考」で意気込んでみたくなるのは分かる。

とくに、僕のような人文系思考の持ち主は法的思考や歴史経緯などになまじっか慣れているため、きっとそうするだろう。

しかしこの関数式 F=kma は体感から離れた論理同士の比例定数を含んでおり、何が何を演繹しあるいは帰納しているのか分かり難く、思考がグルグルと回ってしまうばかりだ。

一方で、ほらこれはベクトルとかこっちはスカラー値だなどと数学ベースで横から注釈つける奴もいるので、余計に腹が立ってくる。

この思考のグルグル回りに収まりをつけるにはどうすればいいのか。

そもそも物理量の表現には一応はシステマティックな掟があるようで、「質量」と「長さ」と「時間」をいわば「基本量（さらに熱も基本量）」とし、これらを組み合わせて更なる物理量を設定することになっているようだ。

それどころか、基本量をはじめ他の主だった物理量に絶対の標準単位が定義されている；　例えばSI単位系としては s(秒)、m(長さ)、A(電荷量)、mol(粒子量)、kg(質量)、K(熱力学温度)、cd(光度)

これら単元の単位をもとにして、N(力)やJ(仕事)やW(工率)やＶ(電位差)をはじめさまざまな単位が組み立てられて物理量表現を展開している。

これら方程式の作成のためにこそ、我々が学校で学ぶさまざまな比例定数が考案されてきた　－　と思う。

おかげで近現代以降、人類の工業技術の規格化は飛躍的にすすみ、産業化を推進し、科学技術をもっと推進していまや電磁場／電磁波からコンピュータへさらに量子へと。

さて、このシステマティックな掟に準じて、あらためて運動方程式を記す。

「力なるものF」を単位で表現して1Nとし、そうなるように「質量なる比例定数m」を1kgとし、かつ「加速度なる比例定数a」を1m/s²として、これらが収まるように残りの比例定数kを1とする。

これで誰もが知る ma = F にまとまりますね、これが典型的な運動方程式ってやつですよと説明されて、ははーんと了解出来ること　─　この関数式自体が連立方程式である。

（なお、ここまで'次元'について触れていないが、方程式としての基本的着想は同じものである。

そういえば、上の運動方程式における比例定数kはいわば無次元であるとの理屈もある。）

==================

上に挙げた一般的な運動方程式と同様、思考のグルグル回りを触発する比例定数込みの関数式の例としては、最大静止摩擦力と垂直抗力の関数式 F0 = μN も挙げられよう。

別物の力と力を「どうして」比例定数μで掛け合わせているのか？

いや、どうしてもへったくれもない。

接触面上における物体を押したり引いたりして力の均衡が崩れる（動き出す）そのさいの静止摩擦力と垂直抗力を連立方程式表現した関数式だ。

一方では、たとえば「ばねの弾性力と長さについての物理式」F=kx はもっと幻惑的に映ることがある。

このFは'ばね'が有する力だといい、xがばねの自然長からの伸び(縮み)の長さだというが、なんと力を長さで表現しているじゃないか！

例題などを見れば、ばねを直列につないだり並列につないだりしつつ、ハイ全体としての比例定数は幾らになるか、じゃあ全体としてのばねの力は…？と問いかけてくる。

この問題に対峙して、ばねの力と長さと比例定数のどれがどれを決めているのかとプロセス思考をグルグル回すから不愉快になるのである。

やはり全体の系を連立方程式として捉えつつ穴を埋めて、ちょっと暫定値をおいたりまた取っ払ったりしてみれば易しい。

=======================

…とまあ、ここまで直接／間接のいわゆる物理量を連立方程式と捉えて全貌の系を直観する便宜を指摘してきたつもり。

物体の密度と体積、その積としての質量、加速度を掛けた重力、これらが液中で働かせる水圧などの液圧の力、そして上に挙げたような固形間における摩擦力などなどは、教科書や参考書や入試問題などにて総覧的（典型的）に図示されているので、我々もこれらを「ひっくるめて」直観イメージ捕捉しているような気になる。

とはいえ、これらひっくるめた全貌の図示から、'個々それぞれの「力」の「合力」と「つりあい」と「作用」について我々が本当に'過不足なく'捕捉可能かどうか　─　ここいらを過不足なく理解させる図示はホントは難しいような気もする。

まだ電磁場／電磁波の方があらゆる合力を総覧化して了解出来よう（電子量子までは無理だとしても、そんな気にはなれる）。

だからこそ、直観的には体感と卑近に直結しうる力学分野は、本当は電磁場／電磁波よりも熱力学よりも理解が困難なのではないか、と門外漢なりに考える昨今である。

※　随筆ついでに記せば、物理運動はどれも時間の経過をともなうものゆえ、〇〇が××するプロセスの連続だと言えないこともないのだが、しかし時間そのものだって論理とはいえ立派な物理量として他の単位と組みわせた連立方程式を生成している。

それどころか現代物理学においては時間を論理ではなく実体そのものとして捉え…

なんだか用語の使いまわし自体が面倒になってきたからこのへんでやめとくわ。

以上

キャラクターズ

（※　これほどゲラゲラ笑いつつ書いてみた短篇は他に例が無い。）

================

大変なことになった！
僕はついに小説のアイデアが枯渇してしまった！
理由は、登場人物が居なくなってしまったためである！

そこで、「世界に広く知られるさまざまな小説の登場人物たち」を我が小説界に引き抜くことを思いついた。

早速、いわゆる古典小説や名だたる傑作小説はもとより、ドラえもんやコナンに至るまで、ありとあらゆるポピュラーな物語の登場人物たちに募集をかけてみた。

しかし、どうにも空振りばかり。

何とか面談にこぎつけた連中も居ないわけではなかったが、さすがに有名作品における名プレーヤーたちともなると、おのれの小説世界への責任意識がじつに高く、むろんプライドも相応以上に持ち合わせた傑物揃いだ。
彼らが異口同音に寄越してくるコメントを要約してしまえば、おまえの小説になど出演してたまるかといったニュアンスに落ち着くのであって、結局はことごとく断られてしまった。

そういった次第で、僕はしばらくは意気消沈の日々を送っていたのだが。

そんな或る日のことである。
たまたま、ラノベをあれこれ読み漁っていたところ、それらの小説世界に住んでいる幾人かの女子高生たちより、我が小説における役回りに意欲関心アリとの連絡が有り　─　
おや！まあ！
どいつもこいつも可愛い娘たちだ、幾重にも映えうる容貌そして容姿、きらっと煌くプレゼンス、こういう連中こそが我が新規アイデアの源泉たりうる。

よし、イチかバチかだ、こいつらに掛けてみよう　─　そんなふうに咄嗟に閃いて僕は無条件で全員を採用したのである。

それでは素敵な娘たちを紹介しよう。

「美貌の生徒会長」　アルト
「事情通」　トントン

「くのいち」　コルサ

「千里眼」　サバス

かくて、僕はこの４名と「小説企画ミーティング」を開始したのである。

================

開口一番はアルト、美貌の生徒会長である。

アルトはすっと立ち上がると、弾みの効いた声で切り出してきた。
「あたしたちは、'あなたさま'をどのようにお呼びすればよろしいのでしょうか？」
「うーむ、そうだな、とりあえずは『作者どの』と呼べ」
僕はつとめて平静に答えつつ、『作者どの』という呼称の思いつきに我知らず顔がほころんでしまっていた。
「では、作者どの！あたしたちはどのようなストーリーに出演することになるのでしょうか？」
「うむ、そこなんだが」と僕は微笑んだまま続けた「まだ何にも決めていないんだ。それを君たちと一緒に考案していきたいわけで」
これに対して、アルトは怪訝そうに畳みかけてきた。

「しかしですね作者どの、舞台設定が定まらないとあたしたちの心構えも定まらないわけでして」
「ほぅ？」と僕は気取った声で返した 。

「それじゃあ何かね？君たちは物理が分からないと数学の問題が解けないのかね？コンピュータの機種が定まらないとプログラムが書けないとでも言うつもりかね？」
「…いいえ。まあ、おっしゃる意味は分かりました」 とアルトがやや不満気に引き下がった。
「分かればよろしい」
可愛い娘だ、アルト、僕は君をとりわけ気に入っている、ハキハキした口調も挙動も大好きだ、だからね、僕は是非とも君を主人公に据えようと考えているんだ、だって好きなんだもん、好き好き好き。

ここで、「作者どの！」 と新たな声があがった。
事情通を以て鳴るトントンである。
「あたしはラノベ世界を中心に、さまざまな小説世界について見聞してきました。しかし、作者どのと登場人物が協力してストーリーを考案するなどという例は、聞いたことが無いんですけど！」
「そんなことはないだろう」 と僕は失笑していた。

「そもそもストーリーというものはだな、作者と登場人物の共同作業によって考案されるんだぜ。だから、僕らがしようしていることはけして真新しいことじゃないんだよ」
「はぁ？そうでしょうか…？」
「そうだよ。だいいち君たちは若いんだ。精神が躍動し知性が拡大し続けている年代なんだ。前例がどうだこうだと拘ることなく、さぁ、ともにアイデアを出し合おう！」
「はぁ……それじゃあ、もしも仮にですよ、恐怖のストーリーが展開しちゃったとしても、作者どのは構わないのですか？」
「面白いじゃないか！」 と僕は相好を崩してしまった 「その調子だ！それでいいんだ！」
「ふーーん。とりあえずは分かりましたでござーまーす」

トントンは微妙に鼻に抜けるような声を挙げつつ、愛嬌のあるふくれっ面を見せた。

さて、あらためてアルトが挙手して立ち上がり、綺麗な瞳でまっすぐに僕と視線を交わしつつも、今度は決然とした口調で問いかけてきた。
「作者どの。お考えは概ね分かりましたけれど、でも、そもそもですね、あたしたちのアイデアに過度に期待されるのは筋違いではないかと思いますけど？」
「ははははは」と僕は苦笑していた。

「あのね、僕は君たちごときに過度の期待などかけていないんだ。フフン、だって、作者はあくまで俺、オレ、オレなんだよ、俺があっての君たちなんだ」

ここでアルトはぐっと気色ばんだが、トントンに小声で諫められて平静な風を取り戻した。

それでも、アルトはため息まじりにしかも挑発的な口調で反撃してきた。

「なんだか、おかしな関係ですね～！アイデアは求められるのに主導権は無いだなんて、まるであたしたちは子供扱いじゃないですか」

「主導権だと？」 僕は思わず吹き出していた。

「あはははは、君たちは意識の高い娘たちだな、参政権すら無いくせに主導権とは恐れ入った。それじゃあ何かね？僕抜きでも君たちだけでストーリーを紡いでいけると、こう言いたいわけかね？」

「もしかしたら、そうなるかもしれませんね」 アルトは更なる挑発的な語調で返してきた。

「フン、それなら好きにしたらいい！」

敢えて侮蔑的にこう返したのは、アルトの反骨心を適度に挑発することで彼女の揺れ動く情動を我が方に誘導し留めおきたいとの念からである。

しかし同時に、僕はしまったと後悔していた。

もしも…もしもこの娘たちが全員で反旗を翻してきたらどうしよう？そうなったら僕のプレゼンスが翳んでしまう、それどころか吹っ飛んでしまうかもしれぬ…。

================

ここで僕は、今度は「くのいち」コルサの見識を確かめようと思った。

しかし僕より先にアルトがコルサに口早に呼びかけていた。

「あたしたしがストーリーの主導権を握るチャンスなのよ。だからコルサお願い、仲間たちをもっと集めてきて！」

この言に応じてコルサはすっくと立ちあがり、それから僕をちらりと一瞥したが早いか、とつぜんパーンと跳び上がって宙返り。

そして、消えてしまった　─

「なんだ？どうなってんだっ？コルサはどこへ行ったんだ？！」

「いわゆる『不思議の森』に飛んで行ったのでございまーす」 と、トントンが訳知り顔で答えた。

「そしていまお見せしたのが、くのいちコルサの十八番・影跳の術でございまーす」

「勝手なことをするな！」

「何をしても構わないわけでしょう、ねえ、作者どの」 とアルトが愉快気に笑い声を挙げて、僕をきっと睨みつけた。

「そうそう。だってあたしたちは精神が躍動し、知性が…なんだっけ、まあともかく、こういうストーリーもアリでございまーす」

「ご心配には及びません、作者どの」

新たにすっと挙手をしたのが、サバスである。

ああ、この娘こそ最も警戒すべき相手なのだ、千里眼のサバス。

端正な容姿とともに恐るべき能力をも生まれ持ってしまった娘。

サバスは伏し目がちのまま僕をすっと見つめつつ、穏やかな口調で言葉を選ぶようにゆっくりと語り出した。

「あのですね、アルトも、トントンも、コルサも、心底では作者どのに信頼を置いております。もちろん、あたしもです。ですから、あたしたちが反旗を翻すようなことは、たぶんありません」

読んでいる！僕の心を読み取っている！

「はい。失礼は承知の上で、作者どのの心を読んでおります　─　ところで、どうしてあたしの読心術をそれほどに警戒されるのでしょうか？」

「け、警戒などしていないよ、あっははは。む、むしろ僕は君をとくに信頼しているんだ。だ、だからだね、君を主人公にしてストーリーを描いてもよいくらいのもので」 

「そうですか…まあ、仰る意味は分かりました」

サバスはちょっと微笑んだように見えた。

「でも、作者どの、お話の主人公には美貌のアルトを起用したいお考えなのでは？」

「うぬ…」

僕はしばし呻吟しつつ、この娘にはどんな作為も通じまいと観念し、かつまた一方では、この娘こそがどこまでも僕の協力者たりうるのでないかとの不思議な予感が…

　

=============

とつぜん、サバスが口早にトーンを上げた。

「作者どの。コルサが仲間たちを引き連れて戻って来ます！」

「えっ？本当？嬉しい～！」というアルトの快哉と、「なんだと？」 と仰天した僕の声が重なった。

サバスは宙空を見つめつつ、さらに口早に続ける。

「聴こえる…感じる…コルサの意識…近い！近い！もう間もなく…もうすぐ其処に現れる！何人も！何人も！」

そして。

来た！現れた！女忍者コルサともども『不思議の森』から時空を超えてやってきた娘たち！

「ロビンフッドの末裔」　マヤ
「紫外線のペガサス」　アーミー

「奇跡のイオン」　モモカ
「初恋剣士」　マッキー
「双子の美姉妹」　スター１号＆２号

うぬ！こいつらが追加の登場人物か、しかも、アルトたちに加勢するというわけか！

（つづく、かもしれない）

【読書メモ】虫とゴリラ

『虫とゴリラ　養老孟司　山極寿一　毎日新聞出版』

養老孟司氏はおそらくは日本一著名な解剖学者であり、ベストセラー作家でもあり、よって僕なりに氏の言質についてはこれまで幾度も注目してきた。

たとえば、自然物であるはずの人間自身が脳神経の何らかの物理反応(≒意識作用)によって論理秩序を創出し、それらを静的に情報化しつつお互い強制し合うことで人間自身の在りように制限を掛け合っている

─　といったところが同氏の危機感の根本ではないかと察しており、本書にてはここのあたり再認識させて頂くこととなった。

一方で、山極寿一氏は人類学者にして現・京大総長。

山極氏の本書随所における指摘を大胆に解釈するならば、ゴリラをはじめ（人間以外の）霊長類は本能的に周囲の自然界と相互に共鳴し、争いを最小限に抑え相互に助け合いの関係を維持しているのであるから、人間にも同じ機能が生来的に残存しているはずである　─　と要約しえようか。

「自然物」と「情報(言語)」　─　この両者は本来は人体の一部を成すものであるが、超現代にては乖離が一層進行中、そして後者がますます強大化し前者の実在性を脅かす。

これこそが、お二人が生命科学をベースに編み上げられた主だったメッセージであろう、そしてとりわけ重大なキーワードの一つが「自然と人間の共鳴」でありえよう。

なお、本書はおそらくは対談をそのまま書き下ろしたものゆえ、読解にさいしてはある程度以上の学識と文意捕捉力が必要、更に念押ししおけば本年出版でありつつも昨年以前の対談に拠った編集であるため新コロ騒動周りはいっさい反映されていない。

それでも、本書にてひろく引用紹介される生命論や科学技術論や産業論、ひいては俯瞰的な物質文明論まで、論考のスケール感は凡俗な一般書のレベルを遥か超えており、かつ、やや難度の高い論理展開も随所に見られるため、学生諸君の思考力鍛錬にとっても絶好の一冊とみた。

そこで、此度の僕なりの読書メモとして、とくに関心を惹かれた箇所を本書章立てに拘らず以下に略記してみた。

・人間の脳サイズ（対身体）が他の動物と比べて大きくなった必然的な理由はいまだに分かっていない。

食べ物の変化によって腸が短くなったため消化に充てていたエネルギーを脳に回すことが出来たとの想定があり、また外胚葉関係の遺伝子のなんらかの変化によって皮膚や体毛が変化するとともに大脳皮質が大きくなったとも推定出来る。

しかし、これらが繁殖などにて有利に機能してきたとは言い切れない。

ともあれ、人間の脳の肥大化は生命論的にむしろ無駄な偶然の経緯に過ぎなかったと見ることすら可能であり、その無駄な経緯によってこそ人間の社会が興ってきたと皮肉に捉えることも出来る。

但し、この過程で「触覚」によるコミュニケーション能力は現在に至るまで失われ続けていると捉えることも出来る。

生物の感覚器官は、視覚には網膜と光受容細胞(松果体)があり、聴覚には音を聴く細胞の他に平衡や重力を感じる半規管があるという具合に、どれも機能上の二重構造を成しつつ、とくに視覚と聴覚と触覚は大脳新皮質に直接入力されている。

そして人間は生まれてからまず初めに触覚で世界を認知している、にも拘わらず、他の感覚と異なり触覚だけは感覚それ自体を客体表現することが出来ない　─　つまり他者と共有することが出来ない。

なお、ゴリラやチンパンジーもとくに触覚を活かして仲間の存在を認知していると想定され、触覚による接触機会が無くなると相互に群れを成す能力が損なわれてしまう。

・自然界においては、それぞれの動物は食物（つまり自然物そのもの）の確保において互いに不利となる競合を回避する仕組みを身体のうちに有している。

かつ、動物はそれなりに「言葉」も有してはいるが、ただし動物の言葉は空間次元での知識確保のために留まっており、時間の前後までふまえた因果関係を伝えることは出来ない。

人間の祖先が「情報」を創出したきっかけは食物の共有であると考えられる。

肉食獣と異なり人間は毎日食事が必要であるにも拘わらず、自給自足の森林環境から直立状態で歩み出てしまったため、他者が採取し移送してきた食物を食べる必要が生じ、これが知識記憶の情報化の端緒となったのでは。

かつ、人間も知識や記憶の情報を「言葉」として共有、しかもこれらは（動物と異なり）さまざまな知識や記憶の記号化から価値化にまで進んだため、人間はビジネス効率を上げつつ、脳容量は却って小さくなった。

かくして、今から７万年前には人類の祖先の言語が今のような形となり、また４万年前になると知識や記憶を留め置いて芸術に転用することも出来るようになった。

・自然物に対する人間の感受活動は、暫定的な物理上の共鳴反応にすぎない。

「言葉」をはじめとする「情報」がどれだけ精緻なものとなっても、これらによって自然物そのものを完全に感受出来るわけがない。

ましてコンピュータ化がこれを可能とするわけがない。

・生物が有するさまざまな器官には、遺伝子レベルで仕組まれているものが有り、一方では神経系の働きが体現されたものも有り、両者がそっくりになる場合もある。

ウンカの脚関節における歯車や三葉虫の眼を成す複眼レンズなどは遺伝子レベルで仕組まれた特性だが、これらは人間が脳神経の働きによって考案した機構とそっくりである。

ピアノの鍵盤の音と配置の関係は、経験的に最適化されたものではなく、人間の一次聴覚中枢の神経細胞の並び方と音の対数関係となっている。

対数や線分など人間による数学やその公理は、人間の脳神経（聴覚や視覚）のはたらきが体現化されたもの。

・芸術や作法における「型」とは、人間の外部に設定された論理秩序ではなく、もともと人間の身体より生じかつ身体をぶつけてゆくべき実体の系であり、いかなる分野においても一定の「型」とおのれを一体化させてこそさまざまなコミュニケーションも新規創造も可能となる。

日本の近現代において、これら「型」を無視した習慣や政策を強引に導入し続けたため、人間はむしろ所作のバラつきが増えてしまい、昨今ではコミュニケーションが難しくなったなどど嘆いている。

・倫理感と論理は別物である。

たとえば数学などは外部から強制された論理への対応能力を求めているが、これらを倫理感覚のレベルで受け入れられるかどうかは別の能力といえ、後者を図る能力試験は無い。

=====================

以上、本書の中盤あたりまでのコンテンツのうちとりわけ重大な論点と思しきところを、僅かながら略記紹介してみた。