宇宙全体が一杯のワインの中にある

リヴァイアサンプレス:

業界に関係がなければ、ほとんどの人は私と同じように、学校を卒業した後は「物理学」という言葉に接したことがなくなると思います。しかし、世界の現状や動作は物理学と密接に関係しており、物理学自体にはかけがえのない美しさがあります。多くの物理学の巨匠の中でも、ファインマンの絵画スタイルは常に非常に独特です。

天才学者に関する逸話を聞いたことがあるかもしれませんが、ファインマンはおそらくその中で最も多作な学者でしょう。

彼は暇な時間に絵を描くことを学び、十分に描いた後は展覧会も開催した。彼は新婚旅行中にマヤ文字の研究に興味を持ち、古代の写本の真正性を証明できるレベルに達した。ブラジルで休暇を過ごしていたとき、ファインマンはボンゴドラムを演奏し始め、そのドラム演奏の腕前は「プロのミュージシャン並み」で、ダンスグループにも参加した。幻覚を研究するために、彼は感覚遮断室に何度も横たわり、「体外離脱」体験さえした。

しかし、このような人生のプレーヤーは、アインシュタインとボーアに次ぐ最も影響力のある理論物理学者とみなされており、量子場の理論への彼の貢献は、その後の研究の基礎となっています。

おもちゃで遊ぶことは必ずしも野心を失うことを意味するのではなく、人生は奮闘することにある。

古いものを新しい視点から見るのは楽しいです。

——ファインマンも

1930年代にプリンストン大学を卒業した後、ファインマンは極秘のマンハッタン計画に参加するよう招集され、ドイツよりも早く原子爆弾を製造するためにニューメキシコ州の秘密研究所で働いた。マンハッタン計画にも深く関わっていた科学者たちの中で、ファインマンは最も「孫」的であり、真面目な人々の中で最も怠け者だったようだ。

その間、弾丸の製造に忙しかったファインマンは、鍵開けという別のことに興味を持つようになった。当時、原子爆弾の技術は世界で最も機密性の高いものでしたが、それに関連する文書は、プルトニウムの製造プロセス、精製プロセス、必要な物質の量、中性子の生成方法、原子爆弾の設計とその動作原理など、通常のファイリングキャビネットに保管されていました...

ファインマンは興奮した。彼は、機密文書の安全性に注意を払うようチームに注意を促すため、ファイルキャビネットの鍵を何度も開けた。最初、彼は単に、鍵を開けずにファイルキャビネットの奥から書類を取り出す方法を同僚に直接実演しただけだった。その後、基地はようやくダイヤル錠付きの金庫を購入した。彼は独学で数々の鍵開けの技術を習得し、懸命に勉強し、学術研究に専念し、さまざまな難易度のダイヤル錠を何度も開け、自分以外の基地のメンバー全員に大きな精神的汚染を引き起こしました。

残念ながら、ニューメキシコの竹の子はすべてファインマンによって持ち去られてしまったようです。

かつて、ファインマンは重要な書類が入った金庫を 3 つ同時に開け、その中に 3 つのメモを残しました。「借用ファイル番号 LA4312、鍵開けのエキスパートであるファインマンが残したもの」「このキャビネットは開けにくいものではありません。賢い人が残したもの」「パスワードはすべて同じで、各キャビネットは開けにくいものではありません。同じ人が残したもの」。

かわいそうな同僚のデ・ホフマンがこれを発見したとき、彼が最初に目にしたのは最後のメモでした。ファインマンが密かに彼を誘導して他の 2 つのキャビネットを「調べる」まで、彼はあまりの恐怖に「全身が震え、顔色が青ざめた」と言われている。最初のメモを見た後、彼はそれがファインマンのいたずらに過ぎないことに気づいた。

しかし、デ・ホフマンは怒っていなかった。その代わりに、彼は振り返って、静かに逃げようとしていたファインマンに追いつき、しっかりと抱きしめました。結局のところ、ファインマンのいたずらがなかったら、これらの文書は、ほとんどセキュリティのない金庫の中で盗まれるのを待っている状態だったでしょう。

私は無知の中で生まれ、無知のさまざまな状況を変えるための時間がほとんどありません。

——再びファインマン

量子電磁力学への貢献により、ファインマンは1965年に他の2人の物理学者とともにノーベル物理学賞を共同受賞しました。しかし、ファインマン氏もこの賞に対して強い不満を表明した。

この不満は、私が賞を受賞したことを知った瞬間から始まりました。組織委員会の誰かが午前4時にファインマンに電話をかけた。「ファインマン教授？ノーベル賞を受賞したと知って、とても喜んでいると思いますよ。」

「はい、でも寝てます！」

電話を切る。再び電話が鳴った。「ファインマン教授、聞いていますか...？」

"持っている……"

もしタイム誌の記者が「賞を辞退することは素直に受け取るよりも問題を引き起こすだろう」と助言していなかったら、ファインマンは本当にこの学問界最高の栄誉を辞退したように思われた。彼は受賞スピーチでこう述べた。「私にとって、科学的発見の喜びと、自分の研究結果を他の人が利用できるという事実は、すでに報酬となっている。」

しかし、賞を受け取る前に、ファインマンは再びトラブルに巻き込まれました。その時、彼は授賞式の後に受賞者は舞台上でスウェーデン国王と対面し、席に戻る必要があると聞いた。そして彼は「私がどうやって彼らを直すか見てみろ」と考えました。そこでファインマンは、授賞式で自分の席までジャンプして呼び戻し、良い「パフォーマンス」を見せられることを期待して、後ろ向きのカエルジャンプとカエルの鳴き声の練習を始めました。

残念ながら、結局ファインマンは望んでいたことを得られませんでした。スタッフは彼に、ただ向きを変えて自分の席に戻っていいと伝えたのです。おそらく、その意味は「教授、私たちを解放してください」ということでしょう。

第一の原則は、自分自身を騙すことはできない、なぜなら、最も騙されやすいのは自分自身だからだ。

——はい、やはりファインマンです

1960 年代初頭、ファインマンはカリフォルニア工科大学の物理学のカリキュラム改革を任されました。当時の教育委員会は、当初の教育カリキュラムにはいくつかの新しい科学的研究成果が含まれていず、学生に大きな制限を与えていると考えていました。そこで、学生の物理学への興味を刺激するために、学部生向けの最初の物理学コースを再設計することを決定しました。

ファインマンは喜んでその任務を引き受け、3年間それに取り組みました。 3年後、彼の物理学に関する即興講義も録音され、後に「ファインマン物理学講義」という本にまとめられました。

『講義ノート』は正統な教科書としては採用されなかったが、その分かりやすい言葉遣いと生き生きとした描写により、物理学の古典的普及書となった。 2013年のレビューで、ネイチャー誌はこの本を「簡潔で美しく、統一感があり、情熱と洞察力に満ちている」と評し、サイエンティフィック・アメリカン誌の評論家は「教師と才能ある生徒の両方にとって、25年ぶりの、非常に栄養価が高く、味わい深いガイド」と評した。

ファインマンは、核心よりも形式を重視する暗記などの教授法を好まなかった。彼は、明確な思考と、同様に明確な表現が、教育の仕事に不可欠な資質であると信じていました。彼は、カリフォルニア州教育委員会が数学の教科書で特殊な記号を使用していることを批判し、それらの記号は「特殊すぎる」ものであり、他のどこにも見られないものだと述べた。

「学校でこのことを教える必要はないと思います。効果的な方法ではないし、説得力のあるアプローチでもありません。正確であると主張していますが、正確さの目​​的は何ですか？」

ファインマンの科学に対する最も価値ある貢献は量子電磁力学の分野であったことは一般的に認められているが、この講義は彼の最も広く読まれている著作である。彼が講義ノートに期待していたように、「それは、高校を卒業してすぐにカリフォルニア工科大学に入学する熱心で聡明な学生たちの興味を維持することを目的としていました。」

講義ノートに関しても興味深い噂があります。ファインマンは当初、本の表紙に細かい粉をまぶした太鼓の皮の絵を描き、そこに振動の概念を表現する数学的な図を描きたかったと言われている。しかし、出版社は、そのような写真は人々にロック音楽や麻薬を連想させやすいと考えたため、最終的に表紙は真っ赤に変更されました。しかし、序文にはファインマンがドラムを演奏している写真がまだありました。出版社は、教授が本にドラムを演奏している自分の写真を載せたいだけだと考えたのでしょう。

形式を盲目的に尊重するフランス式の教育を受けた私にとって、ゲームチェンジャーとなったのはファインマンの『物理学講義』でした。私の世代にとって、彼の本のメッセージ、その重要性、その爆発的な力、すべてが巡礼のように感じられました。

――ファインマンではなく、フランスの物理学者ピエール・ジル・ド・ジェンヌです。

ある意味、「講義ノート」はファインマンの脳回路が普通の人とは異なっていることを示す最良の証拠です。彼がこの本で教えた考え方や問題解決の方法の多くは、他の教科書ではほとんど見られないものです。以下はほんの一例です。

石を水平に外側に投げる場合、使用される力が比較的小さいと、石の速度は比較的遅くなり、着地地点は私たちに近くなります。しかし、使用される力が大きい場合、速度は大きくなり、着地地点はより遠くなります。そして、使用される力が十分に大きく、速度が十分に速い場合（空気抵抗は考慮されません）、石は地面に落ちるのではなく、地球の周りを回転して低軌道衛星になります。

物体が地面の範囲内にとどまることができるこの速度は、高校の物理の授業で最初に説明される宇宙の速度です。

おそらくまだ覚えているでしょうが (本当に覚えていると仮定してください)、中学校の物理の教科書で最初の宇宙の速度を計算する方法は、「重力 = 向心力」という式を使用することです。つまり、

mg=mv^2/R

方程式の左側は重力を表し、右側は物体を円運動させる向心力を表します。これら 2 つの力がバランスすると、物体は地球の周りを回転します。さらに次のことが推測できます。

v = √gR

これは確かに非常に単純な式ですが、計算機には力の影響をある程度理解していることが求められます。閾値は低いですが、存在します。

しかし、ファインマンは講義ノートの中で、重力と向心力のバランスを考慮する必要のない、完全に幾何学的特性に基づいたまったく異なる計算方法を提案しました。

ファインマンは、地球を周回する物体は「落ちない」と考える必要はないと考えていました。物体は落ちますが、地球は丸いので、物体が地球の表面の曲率に従って落ちる限り、物体は「永遠に落ちているが、決して地面に触れない」ように見えるのです。

したがって、決して落下しないこの物体の運動を 2 つの方向に分解することができます。水平方向には、物体は vt の距離を移動します。垂直方向には1/2g (t^2) 移動します。

では、これら 2 つの動きと地球との関係をどのように見つけるのでしょうか?ファインマンは、円幾何学において交差弦の定理を使用しました。これは、円内の一点を通る 2 本の弦を引いた場合、その点における各弦で割った 2 つの線分の積が等しいという定理です。ここでは、AO*BO=CO*DOです。

で：

AO = BO = vt;

CO = 1/2g (t^2);

この動きが地球の表面で起こると、

したがって、DO はおよそ 2R に等しくなります (R は地球の半径)。

つまり、次の式が成り立ちます。

(vt)^2=1/2g(t^2)2R

v = √gR

高校の物理学で使用される解法は、運動中の力のバランスをより適切に表現できますが、ファインマンの方法を使用すると、力に関する知識がない人でも、同じ結果を得ることができます。

もう一つの例を挙げましょう。物理学では、移動する点電荷によって生成される電磁場を計算したい場合、ほとんどの教科書ではマクスウェル方程式を直接使用して解きますが、これは数学的にはまったく単純な計算プロセスではありません。

しかし、ファインマンは電荷とそれが作り出す場の式から始めて、計算量を増やす重要でない2つの干渉項を簡略化し、シンプルで効果的な計算方法を考案しました。結果はマクスウェル方程式で得られる結果と同じですが、複雑な数学的演算は回避されます。

「講義ノート」では、ファインマンが平易でわかりやすい言葉を使って複雑な物理的概念を説明したり、極めて基本的な知識を使って複雑な物理的問題を解決したりしている様子がよくわかります。かつて誰かが彼にこう言った。「あなたがこの2年間に物理学のためにやったことは、同じ時間でやった他のどんな研究よりもはるかに重要です。」

ファインマンは最初、それはナンセンスだと思ったが、何年も経ってからこの見解に同意し、後には物理学に対する彼の最大の貢献は量子電磁力学や超流動理論などではなく、「講義ノート」であると信じるようになった。

1988年2月15日、ファインマンは最後の授業を終えたわずか2週間後に、カリフォルニアでまれな脂肪肉腫で亡くなった。学生たちはカリフォルニア工科大学の11階建ての図書館の建物に「私たちはディック、君を愛している」と書かれた横断幕を掲げた。

ファインマンのカリフォルニア工科大学での在職期間は38年間続いた。ファインマンは黒板に書いた最後のメモに、生徒たちに向けて次の 2 つの文章を書きました。

自分が作れないものは理解できない。解決された問題はすべて解決する方法を知っている。
創造できないものは理解できない。
解決されたすべての問題について、それがどのように解決されたかがわかっています。

テキスト/noow

校正/ウサギの軽い足音

この記事はクリエイティブ・コモンズ・ライセンス（BY-NC）に基づいており、noowによってLeviathanに掲載されています。

この記事は著者の見解を反映したものであり、必ずしもリヴァイアサンの立場を代表するものではありません。

出典: リヴァイアサン