知りたい!サイエンスシリーズふしぎな思考実験の世界
―科学の大発見の秘密を解きあかす―

[表紙]ふしぎな思考実験の世界 ―科学の大発見の秘密を解きあかす―

四六判/256ページ

定価(本体1,580円+税)

ISBN 978-4-7741-5384-1

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書籍の概要

この本の概要

思考実験とは,実験装置を用いることなく,ある状況で理論から導かれるはずの現象を,仮定した前提から思考のみによって遂行することである。つまり「考える実験」である。ほぼ文章だけで結果を導くその過程は,読み物としても面白く科学の「見方」を養うことにもなる。

こんな方におすすめ

  • 物理学や数学に興味のある方
  • 科学的思考を養いたい方

著者の一言

本書は科学の知識の入門書や科学史の読み物のようでありがながら,思考実験の面白さを味わうことができるような,初心者向けの思考実験の入門書となるよう心がけて執筆しました。各章で取り上げるテーマは,身近な科学の読み物や教科書で確認ができるものを選びました。本書が読者の皆さんを思考実験の世界へ導く扉の役割を果たし,読書の皆さんが思考実験や各章で取り上げたテーマに興味を抱かれたならば,著者としてこれほど嬉しいことはありません。

本書のサンプル

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目次

第1章 猿はシェイクスピアになれるのか? ─無限の猿定理─

  • 1-1 無限の猿定理とはどんな定理か
  • 1-2 確率について考えてみよう
  • 1-3 シェイクスピアが打ち出される確率
  • 1-4 無限の猿定理は実験で確かめることはできない
  • 1-5 思考実験の例
  • 1-6 再びサイコロの目は確率によって決まるのか
  • 1-7 世の中の出来事はすべて予測できるか

第2章 運動は不可能なのか? ─ゼノンのパラドックス─

  • 2-1 哲学の始まり
  • 2-2 万物の根源は何か
  • 2-3 世界は絶えず変化している
  • 2-4 あるものはあり,あらぬものはあらぬ
  • 2-5 万物の根元は数である
  • 2-6 ピタゴラス学派とエレア学派の思想の違い
  • 2-7 存在しないことを証明する背理法
  • 2-8 ピタゴラス学派のアキレス腱
  • 2-9 √2やπは直線上のどこにあるか
  • 2-10 ゼノンのパラドックス
  • 2-11 ゼノンのパラドックス─二分割
  • 2-12 ゼノンのパラドックス─アキレスと亀
  • 2-13 ゼノンのパラドックス-矢
  • 2-14 ゼノンのパラドックス-競技場
  • 2-15 ゼノンは多を否定しようとした

第3章 光の正体を探る ─光の粒子説vs 波動説─

  • 3-1 光速は無限大と考えられていた
  • 3-2 光速は無限大に待ったをかけたガリレオ
  • 3-3 地図の作成が光速の測定のきっかけを作る
  • 3-4 光速が有限であることを証明したレーマー
  • 3-5 光行差から光速を求めたブラッドリー
  • 3-6 地球上の測定可能な距離で光速測定が始まる
  • 3-7 古代の人々にとっての光
  • 3-8 虹の探究が光の正体の解明のきっかけに
  • 3-9 粒子説vs 波動説の始まり
  • 3-10 物体の陰に回り込む光
  • 3-11 薄い膜で色づく光
  • 3-12 ものが二重に見える石
  • 3-13 光の粒子説の勝利
  • 3-14 光の波動説の復活

第4章 光の波はどのように空間を伝わるのか ─エーテルは存在するか─

  • 4-1 波はどのように伝わるのか
  • 4-2 光の波は何を媒質として伝わるのか
  • 4-3 波が媒質を伝わる速さ
  • 4-4 電気と磁石の研究が扉を開く
  • 4-5 電気と磁気の関係の発見
  • 4-6 電気モーターの発明
  • 4-7 ソレノイドと電磁石の発見
  • 4-8 電磁誘導の発見
  • 4-9 電気や磁気の力はどのように伝わるのか
  • 4-10 電気力線と磁力線
  • 4-11 ガウスの法則
  • 4-12 光と電磁気には関係があるのか
  • 4-13 磁気と光の関係を調べる
  • 4-14 マクスウェルと電磁気学
  • 4-15 マクスウェルの方程式
  • 4-16 電磁波が空間を伝わる仕組み
  • 4-17 電磁波は何を媒質として伝わるのか
  • 4-18 エーテルを突き止めるための思考実験
  • 4-19 マイケルソン・モーリーの実験
  • 4-20 基準となるものはエーテルではなかった

第5章 双子の年齢は変わらない? ─特殊相対性理論と双子のパラドックス─

  • 5-1 ガリレオの相対性原理
  • 5-2 ニュートンの絶対空間と絶対時間
  • 5-3 ニュートンのバケツの思考実験とマッハの原理
  • 5-4 絶対空間と絶対時間の手がかりとなったエーテル
  • 5-5 物体が縮むという仮説
  • 5-6 物体が収縮すると時間の進みも遅くなる
  • 5-7 ポアンカレの相対性原理
  • 5-8 アインシュタインの特殊相対性理論
  • 5-9 光速度不変の原理
  • 5-10 電車内のボ-ルの運動を電車の中と外から見た場合
  • 5-11 電車内の光の伝播を電車の中と外から見た場合
  • 5-12 光時計の思考実験で時間の遅れを考える
  • 5-13 静止している光時計を動いている電車の中から見た場合
  • 5-14 時間の遅れを計算してみよう
  • 5-15 光速に近い速さで宇宙船がすれ違うと速さはどうなる
  • 5-16 映画『猿の惑星』では何が起こったのか?
  • 5-17 双子のパラドックス
  • 5-18 特殊相対性理論から一般相対性理論へ

第6章 自然現象は確率で決まる? ─量子論 シュレーディンガーの猫─

  • 6-1 溶鉱炉で見つかった光の不思議な現象
  • 6-2 プランクの量子仮説
  • 6-3 光電効果という不思議な現象
  • 6-4 アインシュタインの光量子仮説
  • 6-5 物質は原子からできている
  • 6-6 原子の構造を探究する
  • 6-7 水素の原子スペクトルとバルマー系列
  • 6-8 ボーアの原子モデル
  • 6-9 波の光が粒子なら粒子の電子も波だ
  • 6-10 電子の波はどのような波か
  • 6-11 電子雲は確率分布だった
  • 6-12 電子の波は収縮して粒子の電子になる
  • 6-13 確率解釈は正しいのか
  • 6-14 電子は波の性質をもっていた
  • 6-15 電子の波の正体は解明できないのか
  • 6-16 ハイゼンベルグの不確定性原理
  • 6-17 電子は1個だけで干渉する
  • 6-18 ファインマンの二重スリットの思考実験
  • 6-19 シュレーディンガーの猫
  • 6-20 他世界解釈へ
  • 6-21 科学と思考実験

著者プロフィール

桑嶋幹(くわじまみき)

1963年生まれ。豊橋技術科学大学大学院工学研究科前期課程修了。工学修士。光分析機器メーカー日本分光株式会社勤務。雑誌『理科の探検RikaTan』副編集長。新理科教育フォーラム副代表。北海道理科サークルWisdom96に参加。主な著書に,『図解入門 よくわかる最新レンズの基本と仕組み』『図解入門 よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき』(秀和システム),『「レンズ」のキホン』『「機能性プラスチック」のキホン』(ソフトバンククリエイティブ),『これだけは知っておきたい 生きるための科学常識』(東京書籍)など。