エネルギーの歴史
物理学の歴史において、エネルギーの歴史は、エネルギーが中心的な科学的概念として徐々に発展してきた過程を検証するものです。古典力学は、ガリレオ・ガリレイやアイザック・ニュートンといった思想家による運動と力の研究を通して初めて理解されました。エネルギー概念の重要性は、19世紀に熱力学の原理、特にエネルギー保存則によって明らかにされました。エネルギー保存則は、エネルギーは生成も破壊もされず、変換のみ可能であることを確立しました。20世紀には、アルバート・アインシュタインの質量とエネルギーの等価性により、質量とエネルギーが結び付けられ、この理解が拡張されました。また、量子力学によって量子化されたエネルギー準位が導入されました。今日、エネルギーは物理学のあらゆる領域において、古典現象と量子現象の両方の基礎となる基本的な保存量として認識されています。
古代
エネルギーという言葉は、現実を意味するギリシャ語の「エネルゲイア」（ギリシャ語：ἐνέργεια ）に由来し、紀元前4世紀にアリストテレス[ 1 ]の『物理学』、『形而上学』、『ニコマコス倫理学』[ 2 ]、『魂について』などの潜在性と現実性について論じたさまざまな著作の中で初めて登場します。
運動エネルギー
運動エネルギーという現代の概念は、ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツが1676年から1689年にかけて定義した「vis viva（生命力）」という概念から生まれた。彼はこれを物体の質量と速度の2乗の積として定義し、総vis vivaは保存されると信じていた。摩擦による減速を説明するために、ライプニッツは熱は物質を構成する成分のランダムな運動で構成されていると主張した。この考え方はフランシス・ベーコンが『ノヴム・オルガノン』で帰納的推論を説明するために提唱し、アイザック・ニュートンも共有していたが、これが一般に受け入れられるまでには1世紀以上を要した。
エミリー・デュ・シャトレは、1740年に出版した著書『物理学の教訓』の中で、ライプニッツの考えをウィレムのグラーヴェザンドの実際的な観察と組み合わせ、運動する物体の「運動量」はその質量と速度の二乗（ニュートンが教えた速度そのものではなく、後に運動量と呼ばれるようになったもの）に比例することを示した。
ダニエル・ベルヌーイは、 1738 年の著書Hydrodynamicaの中で、 vis vivo原理を流体のベルヌーイの原理に拡張しました。
1802年の王立協会での講演で、トーマス・ヤングは「エネルギー」という用語を、 vis vivaではなく現代的な意味での運動エネルギーを指すために初めて使用しました。[ 3 ] 1807年に出版されたこれらの講演の中で、彼は次のように書いています。
物体の質量と速度の二乗の積は、正確にはその物体のエネルギーと呼ばれる。[ 4 ]
ギュスターヴ・ガスパール・コリオリは1829年に「運動エネルギー」を現代的な意味で定義した。
熱力学
エネルギーが物質（カロリー）なのか、それとも単なる物理量なのかについては、何年も議論されてきました。
18 世紀の蒸気機関の発達には、技術者によるシステムの機械的効率と熱的効率を記述できる概念と公式の開発が必要でした。サディ・カルノーなどの技術者、ジェームズ・プレスコット・ジュールなどの物理学者、エミール・クラペイロンやヘルマン・フォン・ヘルムホルツなどの数学者、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーなどのアマチュアは皆、仕事と呼ばれる特定のタスクを実行する能力がシステム内のエネルギー量と何らかの形で関係しているという考えに貢献しました。1850 年代には、グラスゴーの自然哲学教授ウィリアム・トムソンと工学科学の盟友ウィリアム・ランキンが、古い力学用語を実エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギーなどの用語に置き換え始めました。[ 5 ] 1853 年、ランキンは「位置エネルギー」 という用語を造り出しました。
ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）はこれらの法則をすべて熱力学の法則に統合し、ルドルフ・クラウジウス、ジョサイア・ウィラード・ギブス、ヴァルター・ネルンストによるエネルギー概念を用いた化学反応の説明の急速な発展に貢献した。また、クラウジウスによるエントロピー概念の数学的定式化、そしてヨジェフ・シュテファンによる放射エネルギーの法則の導入にもつながった。ランキンは「位置エネルギー」という用語を造語した。[ 5 ] 1881年、ウィリアム・トムソンは聴衆の前で次のように述べた。[ 6 ]
エネルギーという名称は、今世紀の初め頃にトーマス・ヤング博士によって現在の意味で初めて使用されたが、実際に使用されるようになったのは、それを定義する理論が単なる数学的力学の公式から、現在では自然界全体に浸透し、科学の分野で研究者を導く原理という地位にまで高められた後のことである。
その後の約 30 年間、この新しく発展した科学は、熱の動力学理論やエネルギー論など、さまざまな名前で呼ばれていましたが、1920 年代以降は、エネルギー変換の科学である熱力学として一般的に知られるようになりました。
時間変換対称性
1918年、エミー・ネーターはエネルギー保存の法則が時間並進対称性の直接的な数学的帰結であることを証明しました。つまり、対称性と保存量に関するネーターの定理によれば、物理法則は異なる時間的瞬間を区別しないため、エネルギーは保存されるということです。
1961年にカリフォルニア工科大学の学部生を対象に行った講義[ 7 ]で、著名な物理学教師でありノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンは、エネルギーの概念について次のように述べています。
現在までに知られている自然現象を支配する事実、あるいは法則があります。この法則に例外は知られておらず、私たちが知る限り正確です。この法則はエネルギー保存則と呼ばれ、自然が経験する多様な変化の中で変化しない、エネルギーと呼ばれる特定の量が存在すると述べています。これは数学的原理であるため、非常に抽象的な概念です。何かが起こっても変化しない数値が存在すると述べています。これはメカニズムの説明でもなければ、具体的なものでもありません。私たちが何らかの数値を計算でき、自然がそのトリックを実行するのを観察し終えて再びその数値を計算したとき、それが同じであるというのは、単に奇妙な事実です。
— ファインマン物理学講義
参照
- 熱力学の年表
- 物理学の歴史
- エネルギー保存則の歴史
- 熱力学の歴史
- エベネザー・コブハム・ブリューワー著『身近なものの科学的知識へのガイド』 1840年頃に出版され、一般的な現象の説明を提示している。
- 熱量理論
参考文献
- ^ OUP V、240、1991年
- ^アリストテレス、「ニコマコス倫理学」、1098a、ペルセウスにて
- ^スミス、クロスビー（1998年）『エネルギーの科学：ヴィクトリア朝イギリスにおけるエネルギー物理学の文化史』シカゴ大学出版局。ISBN 0-226-76420-6。
- ^トーマス・ヤング（1807年）『自然哲学と機械工学に関する講義』52ページ。
- ^ a bスミス、クロスビー（1998年）『エネルギーの科学：ヴィクトリア朝イギリスにおけるエネルギー物理学の文化史』シカゴ大学出版局。ISBN 0-226-76421-4。
- ^トムソン、ウィリアム (1881). 「機械的効果を生み出すために人間が利用できるエネルギー源について」 BAAS Rep . 51: 513-18 (引用: 513ページ); PL 2 : 433-50.
- ^ファインマン、リチャード (1964). 『ファインマン物理学講義 第1巻』. 米国:アディソン・ウェスレー. ISBN 0-201-02115-3。
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さらに読む
- ヘクト、ユージン。「位置エネルギーの歴史批判的考察：体育は本当に実在するのか？」『物理教師』 41（2003年11月）：486-93。
- ヒューズ、トーマス著『権力のネットワーク：西洋社会における電化、1880-1930年』（ジョンズ・ホプキンス大学出版、1983年）。
- マルティナス、カタリン「アリストテレス熱力学」『熱力学：歴史と哲学：事実、動向、議論』（ハンガリー、ヴェスプレーム、1990年7月23日～28日）、285～303ページ。
- メンドーサ、E.「初期熱力学の歴史の概略。」Physics Today 14.2（1961）：32–42。
- ミュラー、インゴ著『熱力学の歴史』（ベルリン：シュプリンガー、2007年）
- グラーフ、リュディガー。 「エネルギーの歴史とエネルギーの歴史」、Docupedia-Zeitgeschichte (2023 年 8 月)。
外部リンク
