物理学者物語：第１話 なぜ物は落ちるのか？｜ニュートンは語る 　

新シリーズ「物理学者物語」は、よく名の知られた９人の物理学者のモノローグで物理の世界を巡ります。ニュートン、ファラデー／マクスウェル、プランク、アインシュタイン（特殊相対論）、ボーア、シュレディンガー、ハイゼンベルク、アインシュタイン（一般相対論）、ファインマンの順になります。一緒に最後までお楽しみください。

第１話 なぜ物は落ちるのか？｜ニュートンは語る

石を手から離す。すると、落ちる。
あまりにも当たり前のことなので、私たちはほとんど疑問に思いません。
しかし、物理学者にとっては、「当たり前」は出発点です。なぜ落ちるのか。なぜ上には落ちないのか。そして、なぜ落ちる速さは変化するのか。
ニュートンは、そんな素朴な疑問から、自然界を支配する法則へ近づいていきました。今回の物語は、後世の知識をすべて持ったニュートンではありません。まだ答えを知らないニュートンが、黒板に一つずつ式を書きながら考えていく――その思考を、史実をもとに再構成したモノローグです。読者のみなさんも、どうか一緒に考えてみてください。

私は、何度も同じことを考えている。
なぜ、物は落ちるのだろう？
手にした石を放す。
すると石は、必ず下へ向かう。
誰も石を押しているようには見えない。
それなのに、石は動き始める。
これは奇妙なことではないだろうか。
もちろん、昔から多くの人が説明を試みてきた。
物には、それぞれ「自然な場所」があり、重い物は地面へ向かって落ちる――そんな考え方もあった。
しかし、それでは私は満足できない。
「落ちる」という現象を言い換えただけではないか。
なぜ下なのだ？
そして、なぜ一定の速さで落ちるのではなく、だんだん速くなるのだ？

まず、現象そのものを整理してみよう。
物体を落とす。
最初は静止している。
しかし、少し時間がたつと速度を持つ。
さらに時間がたてば、もっと速くなる。つまり、

$$
v \neq \text{一定}
$$

だ。速度が変化している。ならば、ここに「加速」がある。

では、何がその加速を生み出している？
私はここで、一つの考え方を置いてみる。
力が働いているのではないか。
物体の運動状態を変える何か。
それを「力」と呼ぶことにしよう。
もし力がなければ、物体はどうなる？
むしろ、そちらを考えたほうがよいかもしれない。
物体が動いているとき、それを止めるのにも何かが必要ではないか。
では、動き続けることのほうが自然なのか？

面白い。「落ちる」という現象を考えていたはずなのに、私は今、
力とは何か。という、もっと大きな問題にぶつかっている。
そこで次に考えたい。
落下する物体の速度の変化を、数学で表せないだろうか。
地上付近では、落下する物体にはほぼ一定の加速度がある。
それを g と書けば、

$$
v=gt
$$

と表せる。さらに、落下した距離は、

$$
s=\frac{1}{2}gt^2
$$

となる。数字は美しい。
観測された運動を、たった一つの量 g で表せる。

だが、まだ肝心なところが残っている。
この g は、いったい何なのだ？
地球の近くにいるから、物は落ちる。
ならば、その原因は地球にあるのではないか？
地球が物体を引いている。
そう考えたらどうだろう。
もちろん、これはまだ仮説にすぎない。
しかし、仮説なら試すことができる。
もし本当に地球が物体を引いているなら、その作用は石だけに働くのだろうか？
木にも？
鉄にも？
水にも？
人間にも？
すべての物体に共通するのではないか？

さらに私は考える。
地球上だけに、この力が存在するのだろうか？
空を見上げる。
月がある。
月は空に浮かんでいるように見える。
だが、本当に「落ちていない」のだろうか。
もしかすると月も、地球に向かって落ち続けているのではないか？
ただし、同時に横向きにも進んでいる。
だから地球にぶつからず、地球の周りを回り続けている。
……もしそうなら。
地上で石を落とすことと、空で月が動くことが、同じ原因から説明できるかもしれない。

これは、まだ答えではない。
むしろ、始まりだ。
私は黒板に一つだけ、大きく書いてみる。

$$
\boxed{\text{地球が物体を引いているのだろうか？}}
$$

そして、その下にもう一つ。

$$
\boxed{\text{その力は、月にも働いているのか？}}
$$

もし、この二つが同じ一つの法則で説明できるなら――
地上と天上は、別々の世界ではなくなる。
私はまだ、その法則を知らない。
だが、どうやら追いかける価値はありそうだ。

次回予告　第2話　「動いている物体は、なぜ止まる？」

落ちる石を考えていた私は、ふと別の疑問に気づく。
では、横向きに投げた物体はどうだ？
なぜ物体は、そのまま永遠に動かないのだろう？
本当に「止まること」が自然なのか？
それとも――私たちは、動く物体について、根本的に何かを勘違いしているのではないか？

次回の話はこちら

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