物理の法則の限界

質問

物理ド素人です。単純な質問です。

物理学って色んな法則がありますよね。
その法則ってやっぱり超えられないんですか？

例えば、物体の温度を絶対零度以下にするだとかは今後の研究がいくら進んでもできないんですか？

回答No.4

cyototu · ベストアンサー

＃１です。

＞じゃあ、科学の発展にも限界があるということなんですよねー。

いいえ、限界はないと思います。我々の想像力は無限に大きいのですが、それのすべてが正しい訳ではありません。その無限の想像力の中の、どの部分が実現不可能かと言うことを明らかにしているので、可能な部分はまだ無限に残っています。

＞ただ、その基本法則って今後新しく発見されたりしないんでしょうか？
（基本法則が拡張されるという意味ではなく、全く新しい基本法則が発見されるという意味）

物理学が何故他の科学と比べて信用されているのかの理由は、その主張が正しいと受け入れられるためには、数万ないし数億の証拠が確認されなくてはならないからです。これを人文科学と比べるとよく分かると思います。人文科学の新しい主張に対しては、その主張が正しく当てはまる証拠を十数個も提示すれば、だいぶ説得力があり、数十個も提示できれば権威のある理論と考えられているようです。　

この違いは、物理学の対象とする事象が人文科学と比べて桁違いに易しいことから来ています。

そして、例えば量子力学は現在まで人類が手に入れた理論体系の中で最も現象に対する予測能力の精度の高い理論体系なのです。量子力学によると、水素の原子核の周りを回っている電子のエネルギー準位の値を十何桁、即ち数百万の数数百万倍の精度で予言できますが、それを実際に測ってみるとその桁数まで実際と一致することが確認されています。これは、ニュートン力学が予測可能な精度が、例えば惑星の軌道の予測が周期のせいぜい数百万倍のところまでなのと比べると、桁違いに高い精度です。ですから、量子力学に補正項を付けて修正しても、その補正項の効果がエネルギー準位に関して数十桁を遥かに超えた小さな効果になるようにしない限り、その修正は間違いとなってしまいます。したがって前の基本法則を否定して、全く新しい法則が出てくる訳にはいかないのです。

せいぜいここ数百年とは言え、物理学の歴史では、そのような先人達の到達した理論の予測能力とは矛盾しないように、従って、もし新しい基本法則が必要になって来たら、それを以前の古い形の基本法則が使える状況ではその新しい法則が古い形の法則と全く同じ形になるように「拡張」して来たのです。具体的には、量子力学で不連続性の単位が、測定量に比べてゼロとみなせる極限では、量子力学はニュートン力学に完全に一致します。相対性理論は、取り扱っている物体の速度と比べて光速がめちゃくちゃに大きく、あたかも無限大とみなせる極限ではニュートン力学と完全に一致しているように出来ています。

例えば、貴方は貴方であると同時に貴方の親や友人であることができないのです。貴方が同時に全てだったら、貴方には個性が存在しないことになってしまいます。あれでは「なくて」これだ、と言うことを認識することを、個性を認識するということでしょう。そして、その個性を理解したときに貴方を理解したことになるでしょう。

同じように、自然科学はこの宇宙の個性は何かを明らかにしようと言う学問です。ですから、我々の想像力が許す全て可能性の中から、この宇宙の個性を探るために、この宇宙では何が実現できないのかを明らかにすることが、自然科学の最も本質的な営みなのです。

しかし、失望することはありません。我々はこの「何が出来ないか」を明らかにすると、それを逆手に取って、その法則に従った論理を展開し、また、利用して、その基本法則に矛盾しないような機械を作ることができるようになるのです。その結果、江戸時代の人には想像もつかなかった携帯電話などで、ほとんど瞬時に北海道の人や沖縄の人と連絡が出来るようになったのですから。

実際、物理学の基本法則を知らなかった江戸時代の人たちには、光速を超えた速度で物や情報が移動できるかもしれないという可能性を否定することができませんでした。そのような認識のレベルでは、もしかしたら、魂の以心伝心で遠くにいる人に瞬時で連絡が出来るかもしれないと考えている人たちが大勢いました。実際文献に当たってみると、例えば夢枕などを利用して情報伝達をしたという例が一杯載っています。でも、そんなことは誰にでも出来るものではなかったのです。ところが、物理学の法則による自然界の限界を認識できるようになると、夢枕などを使わずに、携帯電話を使って「誰でもが」情報伝達が出来るようになったのです。

お礼

本当に有難うございます。
最高におもしろい話が聞けたとともに、今後の科学の発展に期待しています。←何様ｗ

回答No.3

cyototu

科学の進歩とは、何が出来るようになったかではなくて、何が出来ないのかを明らかにするとのなのです。

例えば、この地球上では質量のあるものは、投げ上げるなど特別のことをしない限り地球の重力に引かれて下向きに落ちるしかない。即ち、空中に浮いていることは「出来ない」。これがニュートンの法則の結果です。ところが、昔の宗教画などを見ていると、人間の形をした天使が空中に浮いている絵がある。昔は、目方が在るものでも場合によっては空中に浮けると思っていたのですね。

アインシュタイン以前には、物質の速度はいくらでも速くなることができると思っていた。しかし、光速より速く「なれない」ことが判るようになった。

量子力学が判るようになると、エネルギーの値が連続値を「とれない」ことがあることが判るようになった。

熱力学の第２法則が判るようになると、永久機関が「できない」ことや、時間の向きを反転「できない」ことが判るようになった。

ですから、科学の進歩はその法則に規定された物質の形態や運動以外のことは「不可能」であることを示しながら進んできたのです。したがって、将来法則を超えられる現象が見つかるかという質問には、原則的に否と答えるのが筋でしょう。科学が進歩するほど、我々の想像で可能かもしれないと思っていたことが、否定されて行くのです。即ち科学の進歩とは、物事の限界を明らかにするように進んでいるのです。

次に法則に関してですが、それには２種類の分類があります。一つは物理学の基本法則と呼ばれるもので、ニュートンの法則、電磁気学のマックスウェル方程式、量子力学のシュレーディンガー方程式、それにアインシュタインの特殊および一般相対論がその例で、その数は十指に満たないです。もう一つは、現象論的法則と呼ばれているもので、電気のオームの法則、バネのフックの法則、ガリレオの振り子の等時性の法則等々、こちらは数限りなく在ります。

現象論的法則は基本法則から、特殊な条件の下に演繹された法則です。したがって、その特殊な条件を満たさない状況では、その法則が成り立たなくなるので、所謂、法則を超えたという状況が必ず在ります。

一方、基本法則は字義通り、宇宙の基本原理を表しているので、それが成り立たないことは原則的にはないはずです。ただし、ニュートンの法則から量子力学へと拡張されたように、我々の測定能力が進歩して途轍もなく小さい単位のところまで見えるようになってくると、その小さい部分ではニュートンの法則による予言が実態からずれていってしまうことが判るようになりました。その場合には、ニュートンの法則が使える大きさのところでは、量子力学がニュートンの法則と同じ結果を出すように、従って、ニュートンの法則を「修正」するのでなくて、「拡張」することによって、量子力学を見つけて来たのです。

このように、基本法則の発展では、前の法則を間違っていたものとして修正するのではなくて、古い法則が新しい法則の特殊な状況ではそれと一致したものになるように、常に拡張して来たのです。そう言う意味で、新しい法則が発見されても古い法則が特殊な状況では正しいので、そのような発展にたいして「法則を超える」という表現は誤解を招き易い、危険な表現だと思います。

お礼

みなさん、ご回答有難うございます。

じゃあ、科学の発展にも限界があるということなんですよねー。
いつかタイムマシンが開発されたり、宇宙の隅っこまで一瞬で移動できる宇宙船ができたりするのかなと期待していた凡人には少し残念です。

ただ、その基本法則って今後新しく発見されたりしないんでしょうか？
（基本法則が拡張されるという意味ではなく、全く新しい基本法則が発見されるという意味）

人間がこれらの基本法則を発見したのってここ数百年ですよね。
数百年で数個の基本法則を発見できたなら、僕たちが生きてる間にもうひとつくらい何とかなりませんかねｗ　素人丸出しですいません。

回答No.2

fine001

人間の英知（？）は、知れたものですから、何が起こるか分からない。と云うのが私の意見です。
自然科学の使命は、自然界に潜む法則を見つけ出して行くことです。今の人類の知識や経験の範囲内での法則なのですから、どこまで適用できるかと云うことを今の我々は知り得ないと言うことではないでしょうか。
物理法則には適用限界があると考えておく方がよいと思いますし、現に新しい物理学が現れるのは正に既存の物理法則が適用限界に達した時でした。
例に挙げておられる、絶対零度以下の温度があるか否か、私には分かりませんが、そのようなこともあるかもしれないと思います。何故ならば「絶対に・・・はない」と言う様に否定表現の命題を証明することは、大きな困難さを伴っているからです。
私見です。
ちなみに、不確定性原理から、絶対零度でも粒子は静止しないのではないかな？

回答No.1

suzukikun

一番あげてはいけない例を挙げましたね(^_^;
熱は分子の運動が現れたものです。絶対零度は分子の運動が泊まる温度なので、これは今後の研究が進んでも下がることはないはずです。
物質が原子でできているという大前提が崩れればまた変わってくるかもしれませんが。