新・物理入門（増補改訂版）：山本義隆

「新・物理入門 (増補改訂版、駿台受験シリーズ)：山本義隆」

地元のカフェでは長屋くん、佐野さんと一緒に勉強して過ごすことが多い。佐野さんは30代前半の女性で、いったん社会人になったものの大学進学への欲求が高まり、今は医学部志望の受験生である。来月はセンター試験なので週一で東大生の家庭教師から授業を受けながら勉強に明け暮れる毎日を送っている。

そんな佐野さんから先日この本をいただいた。（佐野さん、どうもありがとう。）２ヶ月ほど前、彼女と雑談していたときにこの本の著者の山本先生のことが話題になり、先生の著書をいつか読みたいという気持ちが再燃していた。今は駿台予備校で物理を教えられている受験界では有名な先生なのだが、団塊の世代の方々にとっては「東大全共闘のリーダー」としての印象が強いだろう。院生であった頃、京大の湯川秀樹の研究室に国内留学していて、湯川先生からは「将来のノーベル賞候補」と目されるほど優秀だったそうだ。

山本義隆のアクチュアリティ
http://kenbunden.net/student_activism/articles/yamamotoyoshitaka

日頃僕が大学の物理や数学を勉強しているのを佐野さんは見ているのだから、受験参考書をいただいたのにはちょっと驚いたが、これが普通の参考書でないことはすぐわかった。微積分を使った説明ばかり目についた。数学専攻だった僕が教養課程で履修していた物理学の教科書よりもレベルが高い。

さしずめ日本語版の「ファインマン物理学」の第１巻から第３巻の範囲から高校物理のIとIIで教える範囲を取り出してエッセンスをまとめあげたような印象を受けた。つまり力学、熱学、力学的な波動、電磁気学、光学、前期量子論、素粒子物理学のさわりの部分で構成されている。（詳細は後述の目次参照。）

本書の初版が出たのは1987年の夏なので、その年の3月に大学を卒業していた僕はこの本の存在を知らなかった。物理学の教科書に再び興味をもったのは2005年になってからのことだ。

これまで数年間学んできたおかげで、さすがに本書のレベルの本はすらすら読み進むことができる。微積分を駆使した物理法則の導出過程や先生の感性がうかがえる解説をあっさり読んでしまってはつまらないので、次のようなことを常に意識しながらじっくり読んでみた。

- 法則が導出される過程であらわれる物理変数の値が、実験しないと得られないものか、それともその法則の物理モデルから計算によって求めるものであるかを区別して理解する。

- 法則が導出される過程で紹介される式が、経験則から得られる予想から作られた数学でいうところの「公理」のような式なのか、それとも基礎的な法則から数理的に計算された結果得られたものかを区別して理解する。

- 法則が導出されるために、あらかじめどのようなことが解明されていなければならないか、つまりその理論の前提となる事柄を理解する。

- 導出の結果得られた式が、近似的なものか、それとも厳密なものかを区別して理解する。

- 高校の履修範囲であるかどうかを区別して読む。（一部、高校物理の範囲を超えた内容が含まれている。たとえば本書９３ページでは「球対称な質量分布の及ぼす重力」が万有引力の法則に従うことが証明されている。「ファインマン物理学１の１９１ページで紹介されている証明」よりも複雑な積分手順が使われている。）

つまり「江戸で物理学を説く」の記事を意識した読み方をしたわけだ。


本書の最後では原子核について解説されているのだが、次のようにしめくくられている。この増補改訂版が出版されたのは2004年のことである。

「水素爆弾や原子爆弾の非人間性はいうまでもないが、原子炉も、一度事故が起これば放射性物質を広範囲にまき散らし、その危険性は、その及ぶ規模と期間において他の事故とは比較にならないほど大きい。のみならず、原子炉は質量をエネルギーに変えていると通常いわれているが、正しくは、結合エネルギー（質量欠損）のわずかな差をエネルギーに変えているのである。つまり質量数（核子数）自体は保存するので、エネルギーを取り出しても核子の数は変わらず、それらが放射性原子核として残される。つまり原子炉を運転すればするほど危険な放射性廃棄物が生み出され蓄積され、そのつけを子々孫々に残すことになる。」


本書にはとても評判のよい演習書も出ている。もちろん微積分を使って解く問題ばかりだ。

「新・物理入門問題演習 (駿台受験シリーズ)：山本義隆」



高校物理では微積分を使わないことが定められているので、通常の教科書や参考書にはdxや∫記号は出てこない。微積分を排除した物理学ってどんな感じだったか、自分の高校時代に使った参考書を思い出そうとしてみた。力学なら微積なしでもどうにかなるだろうが、微積を使わない電磁気学は想像できなくなっていた。

本屋に行って高校の参考書をいくつか立ち読みしているうちに、懐かしくなって１冊購入。昔使っていたのと同じ出版社のものだ。ついでに同じシリーズの化学Ⅰ・Ⅱも買っておいた。

「理解しやすい物理I・II (改訂版)：文英堂」


さらっと読みなおしたところ、微積分を使わないと物理法則を解明していく記述はほとんどなく、物理現象の解説や公式の提示、問題の解法と演習に終始している。なるほど、これでは公式を暗記するだけの教科になってしまいがちだ。高校時代には天文や地学は好きだったけれども、物理にはそれほど強い関心を持てなかった理由がよくわかった。買った参考書を無駄にしないためには「公式集」として知識の整理に使うのがいいのだろう。特に電磁気学について書かれているページはとても使いやすい。

受験生が今回紹介した山本先生の教科書で学ぶことに対しては、賛否両論がある。１、２年という限られた期間にたくさんの教科を学ばなければならない受験生には、本書のように奥の深い本にじっくり取り組む時間はない。入試の物理で微積分を使って解いても点数はもらえないから、かえって有害だという意見もある。

それでもなお、高校生や大学受験生にこの本を勧めるとしたら、僕は次のような理由を挙げるだろう。でもセンター試験を来月に控えたこの時期である。受験生にはさすがに勧められない。（受験生のみなさん、頑張ってください！）

- 物理学が解明されてきた歴史的な流れを追いながら、その本質を深く最短ルートで学ぶことができる。

- 将来物理学者を目指す学生にとっては、受験勉強とは関係なくモチベーションを高めることができる。

- 入試で出題される問題を作成した先生の気持ちや問題の背景を汲み取れるようになる。


いずれファインマン物理学を読みなおそうと思っていた僕にっとっても、本書は有益かつ示唆に富むものであった。理数系専攻の大学生にもぜひお読みいただきたい。


関連記事：

はじめて学ぶ物理学 上、下 学問としての高校物理： 吉田弘幸
https://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/4e7d533361d93a855199ec4e2f26a044


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「新・物理入門 (増補改訂版、駿台受験シリーズ)：山本義隆」


第１章：物理学理論と物理的世界
- 物理学理論の性格
- 物理的世界の構成

第２章：力学
- 運動学 - 運動の記述のしかた
- 力学の原理と力について
- 運動方程式を解く - 例：地上物体の運動
- 運動方程式と束縛条件
- 運動方程式の積分について
- 単振動
- ２物体の相互作用
- 衝突の問題
- ３次元での仕事と運動エネルギーの変化
- 力学的エネルギー保存則
- 円運動
- 重力の作用のもとでの運動
- 動く座標系
- 剛体のつりあい

第３章：熱学
- 理想気体と絶対温度
- 気体分子運動論
- 熱力学第１法則
- 理想気体の内部エネルギーと比熱
- 気体の断熱変化
- 熱サイクルと熱効率

第４章：力学的な波動
- 進行波の数学的表現
- 波の伝播のメカニズム
- ドップラー効果
- 波の反射・定常波・共鳴
- 干渉とうなり

第５章：電磁気学
- 静電場とクーロンの法則
- 電位の概念
- コンデンサー
- 電流と過渡現象
- 磁場とローレンツ力と荷電粒子の運動
- 静磁場とビオ・サヴァールの法則
- ファラデーの電磁誘導の法則
- 誘導起電力と誘導電場
- 自己誘導起電力
- 交流理論
- マックスウェルによるまとめと電磁波

第６章：光学
- 空間内を伝わる波の表現
- 波の回折
- 幾何光学
- レンズと光学機器
- 光の干渉 - ヤングの実験と回折格子
- 光の干渉 - 一般論
- 光速の測定
- 光の偏光

第７章：微視的世界の物理学
- 光子仮説と光電効果
- 光子の運動量
- コンプトン効果とドップラー効果
- 原子の古典模型とその難点
- ボーア理論と原子構造
- ド・ブロイの物質波理論と量子条件
- 導体・絶縁体・半導体
- エネルギーの一形態としての質量
- 原子核について

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