科学史の部分 2015.9.8 1

2015.9.8
科学史の部分
科学史上忘れられない年月日
静岡大学理学部
理科教育法IV
理論の変遷をたどって
大辻永 茨城大学教育学部
2004,2006,2008,2010, 2012, 2014, 2015
第２日目 9/8(火)
西欧近代科学の大まかな流れ
「アテネの学堂」 La Scuola d’Atene
•
1543 『天球回転論』ニコラス・コペルニクス 『人体の構造』アンドレアス・ヴェサリウス
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ガリレオ『星界の報告』（1610）、第一回裁判（1616）、『天文対話』（1632）、第二回裁判（1633）『新科学対話』（1638）
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ケプラー『』（1609）、『宇宙の調和』（1619）
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1687 『自然哲学の数学的諸原理（プリンキピア）』ニュートン
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17c 「個」の発見 原子論？
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18c フランス革命
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1774 『解体新書』杉田玄白ら訳
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1776 アメリカ合衆国建国
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1800s ドルトン 分圧の法則（1801）、原子論（1802）、倍数比例の法則（1804）
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1905 特殊相対性理論（質量、長さ、同時性は相対的）
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1915－1916 一般相対性理論（＋加速度運動と重力）
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1910s フォードシステム（大量生産）
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1941.12.8 真珠湾攻撃 （WWII）
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1945.8.6 8:15 / 8.9 11:02 広島・長崎
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1954.3.1 第五福竜丸
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四大公害病 水俣病（1956-）、第二水俣病（1965-）、イタイイタイ病（大正-1955-、S40s）、四日市ぜんそく（1960-）
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1957.10 スプートニク・ショック →NASA:1958、アポロ計画:1961
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1969.7 アポロ11号 月面着陸
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1986.4.26 01:23 チェルノブイリ原子力発電所事故
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（1995.1.17 兵庫県南部地震 約6400）
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1995.12.8 もんじゅナトリウム漏洩事故発生
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1999.9.30 東海村JCO臨界事故
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2001.9.11 アメリカ同時多発テロ事件
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2012.3.11 東日本大震災
『百科全書』
ピタゴラス学派
• あとづけの古代ギリシア
ギリシア語
• イスラムの台頭
アラビア語
• 12cルネサンス アラ、ギリ→ラテン語
• 14cルネサンス （先祖捜し）
• 16-17ｃ
科学革命、認識の技術化、実証
（１）惑星は球形をして表
面はツルツルしている。
（２）惑星の軌道は円であ
る。
• 1543鉄砲伝来
• 17c日本（文字文化－出版業）
• 18c 産業革命、フランス革命 百科全書
• 19c 「科学者」の登場
• 明治維新
• 20c 戦争、商品（大量生産）、分化
• 21c サステイナビリティ学？
『理科基礎』 第２部第４章 宇宙・地球を探る 第１節 宇宙像の変遷
1
（Pythagoras Samos出身 BC590頃－510頃）
『ギリシアの科学』中央公論社, p.141.
2015.9.8
科学史の部分
プトレマイオスの考え方
わかっていたこと
（Ptolemaios Klaudios
プトレマイオスとコペルニクスの間
100－170頃）
（Ptolemaios Klaudios
100－170頃）
（Nicolaus Copernicus ポ
1473.2.19.16:48－1543.5.24）
惑星の動き・見え方
「知恵の館」（813-33） ギリシア語 → アラビア語
・水星は約23°，金星は約46° 水星116，金星584，火星779，
木星399，土星378［日］
までしか太陽から離れない。
・主に西から東へ進む（順行）。
ただし速度は一定でない。
・金星，火星は明るさが変化
する。
・逆行時いろいろな形をする。
観測精度は10分
一年は365.・・・日
１等星は２分＝120秒
コペルニクス
（Nicolaus Copernicus ポ
1473.2.19.16:48－1543.5.24）
10歳頃 父他界 母親系の伯父に兄と育てられる。
1491（18歳）クラクフ大
1497（24歳） 参事会員
1497頃 ボローニャへ ノヴァラと出会う
アルデバランの星食を観測97.3.9
1500.11.6 ローマで月食を観測
1501.7 一時帰国 パドヴァ大学で医学（２年）
1510頃まで伯父の秘書官 『コメンタリオルス』
1512.3.30 伯父逝去
1514 改暦で意見聴取
1520.1-1521.4 ワーミア筆頭行政官
1523.1-10.司教区総執政官
1539.5 レティクス（25歳）が訪問
9.『第一解説』 1541再版
1541から改訂 1543.5.24『天球回転論』臨終の床へ
Ex.９世紀末までに「アルマゲスト」
は５回も翻訳
２つの大翻訳運動
・会合周期
・惑星は黄道の上下±８°
→ ラテン語
１２世紀ルネサンス
Ex.アルマゲスト 1160 ギ→ラ
1175 ア→ラ
世界の広がり
Marco Polo 1254-1324
13c末金属加工技術が飛躍的発達 脱進機時計
1415 エンリケ航海皇子（Henriqueo Navegador, 1394-1460 ポ）調査隊（大航海時代の始まり）
1419 エンリケ皇子 天文台・航海学校 サグレス（ポ）の宮廷
1488 Bartholomeu Dias 約1450-1500
1492 Christopher Columbus 1451-1506 ジェノバ バハマ諸島
1497-99
Vasco da Gama 約1469-1524 インド航路発見
1522 Ferdinand Magellan ポ 世界周航
1543 10/3（天文12年8月25日）種子島 火縄銃
1543 コペルニクス『天球回転論』
1543 ベザリウス
1569 メルカトル 世界地図を完成（Gerhardus Mercator 1512-1594）
『天文学体系』（『アルマゲスト』
（「最大の書」，「偉大なる書」）
宇宙の大きさは地球の直径の一万倍
コペルニクスの地動説
ブラーエの反論
デ1546－1601
誘因
・新プラトン主義（ヘルメス主義）
・ピタゴラス主義
・教会暦の改暦
・大航海時代
・プトレマイオス体系の不備（月）
・惑星の逆行モデル
・等速円運動の大原則
限界
・天球概念を保持
・巨大な宇宙 プの75倍
惑星間の隙間 恒星が巨大化
1539ルター「馬鹿者」
2
1560 学生時代 部分日食 興味
ライプチッヒ留学中 決闘 銀の鼻
国王から ベーン島
20年も 大型化 精度：１０→１~４[分]
1572.11.11 新星（ティコの星：カシオペア座）
月より遠い → ？？
1577,1580,1585,1593 彗星 → 天球？
1575頃『コメンタリオルス』 視差を探そう！
1600.2.4 ケプラーを雇う
2015.9.8
科学史の部分
視差
ガリレイの発見
ブラーエの体系
（伊 1564－1642）
７人兄弟の長男
1581.9(17歳) ピサ大 医学 退屈
19歳 移動貴族学校 聴講
1583 振り子の等時性
1585(21歳) 退学
1589 ピサ大 就任 ３年
1592 パドバ大（－1610）
1604 新星 観察
1609.5(45歳) 望遠鏡作成
火星と太陽の天球がぶつかる
×プトレマイオス ← 火星の視差を観測したと主張
ガリレイの発見－２－
恒星の観測
（天の川，星雲，見えない恒星）
1610.1.7－3.2 木星 ４衛星
→ コペルニクスを支持
1610.3 『星界の報告』 ←ケプラー絶賛
1610.7 アナグラム → ケプラー 11
土星は３つの星
1610.11 フィレンツェへ
ガリレイの発見－３－
対物凸 接眼凹 最大32倍
1609.12－1610.1 月の観測 → ？？
ガリレイの離れ業
1610.12. 金星 大きさの変化（６倍）と満ち欠け
太陽 黒点 自転
ケプラーの楕円軌道
説（1609）には反対
• 科学 → 自然認識 優劣は言えない ×普遍性
技術 → 数値的尺度 優劣は明らか ○普遍性
• 「数式で書き表せる」ことをもって「わかった」こととする。
認識の技術化
1632.2『天文対話』
1636『新科学対話』
川崎謙 2005 『神と自然の科学史』
講談社
コジモ２世おかかえ
哲学者兼数学者
3
2015.9.8
科学史の部分
余談：望遠鏡と顕微鏡
凸レンズ：古代から プトレマイオスも研究
1280頃 北イタリア 凸レンズの老眼鏡
16世紀初頭
凹レンズの近眼鏡
ガリレイ 対物凸 接眼凹 正立像 視野狭い
ケプラー 対物凸 接眼凸 倒立像 視野広い
ニュートン 反射望遠鏡 色収差の克服 1668
フック
ケプラーの思い入れ
ケプラーの貢献
（ド 1571－1630）
虚弱体質
３歳で天然痘から視力が落ちる
1588(16歳) 父戦死 母は精神不安定
チュービンゲン大・神学部
グラーツ，プロテスタント神学校
数学教師 占星術
1596『宇宙の神秘』 コを支持 正多面体説
火星 正12面体 地球 正20面体 金星 正8面体 水星
土星 正６面体 木星 正４面体
・天然痘で妻子を失う
・王室からの研究費が途絶える
・月旅行科学小説『夢』のため母親
があわや「魔女狩り」
1613 再婚
1619『世界の調和』
第三法則 →Newton
1627 ルドルフ表
→航海者，天文学者
1630 死去
1631 水星の太陽面通過を予測
1634『ケプラーの夢』遺族が出版
火星の軌道を計算せよ
1601 ブラーエ他界
「わが生涯が，無駄であった
などと思わせないでくれ」
1604 ケプラーの新星
（へびつかい座）
最初に
「第二法則」：面積速度一定 →Newton
顕微鏡
惑星どうしの関係性
1597 結婚
1600.2.4 ブラーエの助手に
ニュートンの統一的な説明
次に，円→卵型→楕円 1605.5
第一法則：楕円軌道
1609『新天文学』に第
一・第二法則を発表
ニュートン
（英 1642－1727）
1642.12.24 父は３ヶ月前に他界
1645 母 隣村の司祭と再婚 義父を憎む
13歳 グラマースクール
1657？（14歳） 義父他界 母異父兄弟３人を連れ帰る
薬屋の屋根裏に下宿 化学実験，絵画，日時計, etc.
数学，力学，光学，錬金術
・地球は球ではない 回転楕円体 ← ピタゴラス学派
天上界も地上界も運動は同じ原理
１６８７
F＝G
ｍM
ｒ2
4
扁平率ｆ：
ｂ
ａ
ｆ＝
ａ－ｂ
ａ
＝
１
２３０
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科学史の部分
ニュートン『プリンキピア』, 1687.
１．「力」の概念を拡張 ← 平行四辺形による力の合成
２．「質量」
≠重さ
３．運動の３法則
①慣性の法則
力がなければ等速直線運動
（ガリレイも指摘）
②Ｆ＝ｍａ （運動方程式） ベクトル
③作用反作用の法則
F＝G
４．万有引力
１－３ と ケプラーの３法則
ｍM
ｒ2
まとめ ニュートン後
ケプラーからニュートンへ
ニュートンの力学的業績
ｍ Ｆ
Ｍ
ｒ
等速円運動（周期T，半径ｒ）をする質量ｍの物体を考える。
中心Oに向けて加速度ａは
ａ＝ｖ2／ｒ
運動の第二法則 Ｆ＝ｍａ より，中心Ｏに向けて力Ｆ
ｒ
Ｆ＝ｍｖ2／ｒ
ここでｖは
ｍ Ｆ
Ｆ‘ Ｍ
ｖ＝２πｒ／Ｔ
また，ケプラーの第三法則 Ｔ2∝ｒ3 より
ｖ
ｖ2＝４π2ｒ2／Ｔ2 ∝ １／ｒ
ａ
∴Ｆ＝ｍｖ2／ｒ ∝ ｍ／ｒ2
Ｆはｍに比例しｒ2に反比例する。
中心にある質量Ｍの物体Ｐ´に働く力Ｆ´は，作用反作用の法則により，
Ｆ＝Ｆ´
Ｆ´ ∝ Ｍ
より，ｍＭ／ｒ2に比例する。比例定数をＧとすれば（万有引力定数）
Ｆ＝ＧｍＭ／ｒ2
Ｇ＝6.67×10-11［Ｎｍ2／kg2］
5
７惑星 → 太陽，月を除き，地球を惑星に コペルニクス
→ 天王星 1781 ハーシェル 18cの大事件
→ 海王星 1846 ニュートン力学の確証
→ 冥王星 1930 トンボー （2006.8 準惑星に）
ピタゴラス
球 → 回転楕円体 ニュートン
円軌道 → 楕円軌道 ケプラー
プラトン
等速 → 面積速度一定 ケプラー
エウドクソスほか 天球 → 天球はない ブラーエ
プトレマイオス 地球中心説 エカント
→ 太陽中心説 コペルニクス
→ 地球中心説 ブラーエ ←視差が観測できない
→ 視差発見
アリストテレス 天上界と地上界の区別
→ ？？ ブラーエ 新星は天上界
アリストテレス 天上界と地上界は別々の原理
→ 同じ原理 ニュートン
自転・公転の証拠なし → 1727 光行差（公転） ブラッドレー
→ 1838 年周視差（公転） ベッセル 白鳥座61
→ 1851 振り子（自転） フーコー
光の直進性 → 光は曲がる 1919.5.29皆既日食時確認
← 特殊相対性理論 1905
← 一般性相対論 1916