どうも、かきのたねです。
今日は頭の中で実験する方法について解説していきます。
アインシュタインは相対性理論を作ったとき、頭の中で実験していたと言われています。これは実は誰でもやっていることであり、思考実験と呼ばれています。
まずは簡単な例で見てみましょう。
思考実験の簡単な例
水平な床の上で、車がブレーキをかけることをイメージしてみよう。ブレーキをかけた後、車はどのように運動していくだろうか？
アスファルトの上では、車はすぐに停止するだろう。しかし北海道の冬ように道路が凍っている場合、滑ってしまうことは容易に推測できる。
私の経験でも、ある程度の速さでタクシーが交差点で曲がるときに、後輪を滑らせながら曲がっていくのをたまに見る。
これらの違いは何かと言うと、摩擦力の違いだ。
アスファルト上では摩擦力が大きく、氷の上では摩擦力が小さい。
あなたはこのイメージをするのに、「摩擦力がこれくらいだから、加速度はこうなって、停止までの時間は・・・」などは考えず、なんとなくイメージしただけだと思う。
これを思考実験と呼ぶのだ。
もっと詳しく考えてみよう。
思考実験の方法
まずはじめに押さえておいてほしいポイントがある。
物理と言う学問は、主に物体の運動法則を調べる学問である。
車の運動や星の運動、電子の運動などの共通点をまとめて数式で表し(運動方程式など)、未来に起こることを予想する。極端に行ってしまうと、「今の状況がすべてわかれば、未来に起こることもすべてわかる」。今の状況をすべて知っている存在がいると仮定して、昔の人はその存在をラプラスの悪魔と呼んだ。(今は量子力学の発展により、ラプラスの悪魔は否定されている)
話を元に戻すと、物理で考えていることは全て現実世界の出来事である。つまり、一番の教材は自分の経験なのだ。
もちろん間違った認識は修正が必要だが、これまでの経験や身につけた知識をベースにして頭の中でイメージすると、およそ正しい物理現象をイメージできるはずだ。
まとめ
- 物理現象を頭の中でイメージすることを、思考実験と言う。
- これまでの経験を元に、扱っている物理現象を頭の中でイメージする。
- 新しい知識を適宜取り入れ、イメージをより正確にする。
高校物理の家庭教師
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