物理の学習におけるイメージの重要性

質問

物理を勉強しているといつも思うんですが、物理の式は単なる方程式ではなく物理的に何らかの意味を持っているじゃないですか。
でも、いつでもすぐに直感的なイメージができるわけじゃないですよね。（顕著なのは現代物理に近い分野だと思いますが、電磁気でも「ベクトルポテンシャル」とかのイメージは湧かないです）
そう言うとき皆さんならどうします？

回答No.1

sanori · ベストアンサー

私は必ず、何かに例えます。
直感的に理解するのが好きだからです。

大概、自分で例えを考えますけれども、
文献の助けを借りて、例えによる直感理解ができた一例を紹介します。

かつて、光と電子の量子力学に関する読み物で、光はストップウォッチを持ちながら進むという例えを見て感心したことがあります。

時々刻々におけるストップウォッチの針の向きをベクトルと考えるというのです。
光は直進するとは限らず、無限種類の曲がった経路を通って進行するけれども、ゴール地点にたどり着いたときの全ての光のベクトルを足し算した結果は、ほとんど、直進経路のベクトルだけ足し算した結果とほぼ同じになります。
（絵に描かないとわかりづらいかもしれませんが）
したがって、マクロ的には、光はあたかも直進しているように見えるということのようです。
式で書くと光の状態関数（？）の２次元や３次元の積分みたいな感じになると思います。

ストップウォッチは、ナイスアイディアです。

お礼

ありがとうございます。
やっぱりなにかに例えてイメージするのは常套手段ですよね。
今回の質問はそれでもイメージできないときに、イメージ化をとりあえず諦めて進むか、あくまでそこにこだわるかと言うことを聞きたかったんです。
質問が分かりにくくて失礼しました。

回答No.2

mmky

参考程度に
電磁気とか光について全員が納得するような理論は今だありません。電磁気学にいたっては基本がマックスウエルの直感（突如として電気力線ありき）から始まっています。直感の上に組みあがっている学問なのです。マックスウエルの方程式の時間t=0の時の初期値について十数年まえにアメリカの学会で大議論が交わされました。どこかの教授がｔ=0 の時、E=H=0 という論文を出したからですね。マックスウエルの方程式は最初に電気力線ありきだから t=0, E=H≠0と多くが反論したのですが所詮直感で始まった学問だから明確な結論はでませんでしたね。
光にしてもアインシュタイン先生が光電効果に対して与えた式が基本です。どうしてそうなるという理論はありません。電子のドブロイ波もドブロイの直感ですね。理論的なものではありません。
つまり、現代物理学の基本式は今だほとんどが直感で出来ているのです。実際の計測結果と合致するので良しとしているのですね。ポインチングベクトルの概念についても以上のような話の上にありますので個人的な直感に頼るしかありませんね。

お礼

やっぱり物理学にしても何にしても、基本的なコンセプトは天才が直感で作って、凡人はその応用に終始すると言うことなんでしょうかねぇ。