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math:天文学と数学

**以前のリビジョンの文書です**

天体の運動の観測と数学

1581年ガリレオはピサ大学に入学するが、1585年に退学。1582年頃からトスカーナ宮廷付きの数学者 オスティリオ・リッチにユークリッドやアルキメデスを学び、1586年にはアルキメデスの著作に基づいて天秤を改良し最初の科学論文『小天秤』を発表する。

1589年にピサ大学の教授の地位を得て、数学を教えた。 1592年パドヴァ大学で教授の職を得、1610年まで幾何学、数学、天文学を教えた。この時期、彼は多くの画期的発見や改良を成し遂げている。ガリレオの父は音響学の分野ではすでに数学的な手法を大いに取り入れていたわけであるが、 息子のガリレオは、物体の運動の研究をする時に(父に倣って)実験結果を数的(数学的)に記述し分析するという手法を採用した。このことが現代の自然科学の領域で高く評価されている。彼以前にはこのように運動を数的に研究する手法はヨーロッパには無かった、と考えられている。さらにガリレオは、天文の問題や物理の問題について考える時にアリストテレスの説や教会が支持する説など、既存の理論体系や多数派が信じている説に盲目的に従うのではなく、自分自身で実験も行って実際に起こる現象を自分の眼で確かめるという方法を採った、と一般に考えられている。それらにより現代では「科学の父」と呼ばれている。 当時、中世イタリアの権力者たちの権力争いの渦に巻き込まれる中で、(物理や天文の研究に関しては天才的ではあったものの)政治や人間関係に関しては不得手で素朴な考え方をしていたガリレイは(他の世渡り上手な学者たちに比べると)あまりうまく立ち回れず、次第に敵を増やす形になってしまい、ついには彼のことを快く思わない者によって、彼の支持した地動説を口実にして異端審問で追及されるように追い込まれたり、職を失ったり、軟禁状態での生活を送ることになった。職を失い経済的に苦境に立たされ齢も重ねたガリレオは病気がちになった。これを知ったルネ・デカルトは、自身も『宇宙論(世界論)』の公刊を断念してしまった。追い打ちをかけるようにガリレオを看病してくれていた最愛の長女ヴィルジニア(マリア・チェレステ)を1634年に病気で失ってしまう。さらに1637~1638年ころには失明した。 だが、そうした困難な状況においてもガリレオは口述筆記で成果を残し、1642年に没した。

アイザック・ニュートン 1642 - 1727

当時、大学での講義のカリキュラム編成は、スコラ哲学に基づいて行われており、つまり主としてアリストテレスの学説に基づいていたが、ニュートンは当時としては比較的新しい数学書・自然哲学書のほうを好み、例えば、数学分野では、エウクレイデスの『原論』、デカルトの『幾何学』ラテン語版第2版、ウィリアム・オートレッドの『数学の鍵』(Clavis Mathematicae )、ジョン・ウォリスの『無限算術』などであり、自然哲学分野ではケプラーの『屈折光学』(Dioptrice )、ウォルター・チャールトン(英語版)の原子論哲学の入門書などを読んだのである。 恩師のアイザック・バロー。ニュートンを大切にしてくれ、すぐれた指導をしてくれたうえに、さらに自身のルーカス教授のポストを譲ってくれた、ニュートンの大恩人である。 ケンブリッジにおいて1663年に開設されたルーカス数学講座の初代教授に就任したバローは、ニュートンの才能を高く評価し、多大な庇護を与えた。バローは時間、空間の絶対性を重要視するプラトニズムを奉じた数学者であり、ニュートンの思想にも大きな影響を与えた。バローのおかげもあり、1664年にニュートンは「スカラー」(奨学金が支給される学生)にしてもらうことができ、さらに翌年には学位を授与されることになる。彼との出会いによってニュートンの才能は開花し、1665年に万有引力、二項定理を発見、さらに微分および微分積分学へと発展することになった。ペスト禍を逃れて故郷の田舎にいた18ヶ月間の休暇でなしとげたことで、ニュートンの三大業績は全て25歳ころまでになされたものである。 ニュートンは「流率法」 (Method of Fluxions) と彼が呼ぶもの(=将来「微分積分学」と呼ばれることになる分野)や、プリズムでの分光の実験(『光学』)、万有引力の着想などに没頭することができたのである。結局、このわずか1年半ほどの期間にニュートンの主要な業績の発見および証明がなされているので、この期間のことは「驚異の諸年」とも、「創造的休暇」とも呼ばれている。 万有引力の法則に関して、古い伝記などでは「庭にあるリンゴの木からリンゴが落ちるのを見て万有引力を思いついた」とするものが多かったが、基本的にウールスソープ滞在当時の文書記録や物証があるわけではなく、はるか後に(ロバート・フックと、万有引力に関して先取権争いのいざこざも生じた後に)そうだった、とニュートンが知人や親類などに語った話などがもとになって流布した話にすぎない。つまり利害関係者当人が語る話やその伝聞の類にすぎず、内容に関しては真偽が不明である。

ダランベール 1717-1783

質点の力学から剛体の力学への橋渡しを研究。「ダランベールの原理」。 また弦の振動や風の研究から偏微分方程式をはじめて考察。 有理関数の不定積分と関係して、「代数学の基本定理」(多項式が複素数の中では 必ず因数分解できること)を発見したが、証明できなかった。

無限次元の微分法というべき変分法によって「最小作用の原理」 を明解に定式化すると共に、 変数変換が代数的演算で自由に行なえる枠組を開発。 月や地球の摂動の問題に応用し、 ここにコペルニクス以後の天文学が 「単一の原理から天象を予言する」までに高められた。 「解析力学」では、剛体および流体の静力学(つりあい)と動力学(運動)が論じられ、 ニュートン以後の研究(特にオイラー、ダランベール)を体系化し、 図による発見法を廃し いわゆる運動方程式を解くことで統一的に物体の運動を論ずることが目標であった。 その為、この本には図が一つもないという。 「解析力学」はポリテクなどの標準的教科書となり、 これ以後近代の大学での物理学教育が制度として定着した。

ピエール・シモン・ラプラス 1749-1827

少年時代のことは語らなかったというが、ノルマンディの貧農に生れたらしい。 力学についてダランベールへ書いた手紙によって20才頃パリへ招かれ、陸軍学校の 教授となった。1773- アカデミー会員、ラヴォアジェと化学研究もした。 革命の後、ナポレオン政権で内務大臣に任ぜられるが 「政治にも無限小を持ち込む(緻密すぎた?)」とナポレオンに評された。 1799 上院議員、1803 副議長、1806 伯爵。 更にナポレオンが支持を失うと退位に賛成、新政府派となり貴族院に入るなど、 世渡りに長けた。 主著「天体力学論(全5巻)」1799-1825 で太陽系の諸惑星の摂動を扱う。 ナポレオンに献呈した際、 「神はどこに出てくるのか」の問いに「私は神を必要としません」と答えた話が有名。 また「確率の解析的理論」1812 において、今でいう「ガウス分布」を論じた。 これらの書は後の時代(ハミルトン、グリーン)に影響が大であった。 79才の時、コーシーが無限級数の収束の定義を発表すると、 「天体力学論」で使った全ての級数の収束を確かめるまで家に籠って「面会謝絶」 したという.

エマヌエル・カント 1744-82

「純粋理性批判」はニュートン力学が唯一可能な力学であることを、 人間が直観できる形式の 限界という視点から 「論証」を試みたものという。

ナポレオン・ボナパルト 1769-1821

革命後期の不安な政情を安定化させるための軍統率者として実権を得る。 自身は数学を陸軍学校で習っただけだったが 数学に非常な価値を認め、数学者を多く登用。 権威づけのためにアカデミーを用い、 またその関係をエジプト遠征にも生かした。

カール・フリードリヒ・ガウス 1777-1855

「数学の王者」。 17才でニュートン、オイラー、ラグランジュを読み、 大学生となった18才に、統計的データからより正しい実験式を得る方法の 一つ「最小二乗法」を発見。言語学にも魅かれていたが、 19 才のとき正17角形の作図可能性を発見したことで数学に進むことを決意し、 この日から数学上の発見を綴った「日記」をはじめる。 父ボヤイともこのころ知りあった。 大学卒業後の 1798 再び故郷に帰り、公の庇護の下で 大著「数論研究」をまとめつつ小惑星の観測などもした。 1805 ヨハンナ・オストホフと恋愛結婚。 愛妻は 3 年後急逝、寂しさからすぐに再婚するも不幸な結婚となり、 1831 この妻も結核で亡くして以後は独身であった。 ブラウンシュヴァイク公はプロシアの対ナポレオン戦における 指揮官であったが、1806 この時の傷がもとで死亡。 ガウスは翌年ゲッチンゲン大からの招聘を受ける。 1810、彗星の軌道の決定などの天文学の業績に対し フランス学士院が賞を与えるが、フランスから賞金を受けとることを 潔しとせず、かわりとして時計が送られた。 このころ色消しにすぐれた「ガウス式レンズ」を設計。 また同年フランスのエコール・ポリテクやエコール・ノルマルを模した 大学をベルリンに作る案があり、アーベルと共に招聘されるが辞退。 1816から 新設のゲッチンゲン天文台長を併任。 講義の他に 1851 まで天体観測を続け、また 1818-22 には ハノーヴァ領の測量も任され多忙をきわめた。 政情の不安定から、大学の給料だけでは生活できなかったためともいわれる。 1812-22 の10年間が彼の創造の絶頂であり、 算術幾何平均や楕円積分の研究を通じて学生時代に発見した 楕円函数の理論の、惑星の摂動問題への応用なども発見。 また測量に際しては器具の改良から始まって、後には(1826)曲面論も創始。 このころの睡眠時間はわずか 2 時間ほどであったともいう。 物理学、天文学の理論家としての存在も大きいが、生涯を通じて 数論を「数学の女王」と呼んで愛し、 「平方剰余の相互法則」について少くとも 7 種の別証明を 与え、また「代数学の基本定理」にも 3 種以上の証明を与えている。

math/天文学と数学.1484184490.txt · 最終更新: 2017/01/12 by N_Miya