アリストテレスは間違っていた――非常に間違っていた――しかし人々は彼を愛している

宇宙の本質について考察したのは、ギリシャ人が初めてではなかったはずです。考えてみて下さい。アリストテレスとその仲間たちは、紀元前350年頃には物理学について議論していました。しかし、ビールとワインが初めて作られたのは、それより数千年も前です。何千年も前です。他にも人間がいて、発酵させた大麦を飲みながら、物事の成り行きについて語り合っていたというのは、納得できる話です。そうでしょう？

物理学における最初の議論がアリストテレスに帰せられるのは、彼の考えの一部が後継者たちに受け継がれ、現代まで受け継がれているからではないかと私は考えています。アリストテレスの考えは、ルネサンス時代の哲学者や初期の科学者に大きな影響を与えました。実際、彼の物理学に関する考えは、本質的に間違っていたにもかかわらず、非常に長い間生き残りました。今日でも、多くの人が力と運動についてアリストテレスと同じように考える傾向があります。なぜなら、アリストテレスの考えの方が理にかなっているように思えるからです。これらの考えを改めて確認してみる必要があるでしょう。

もちろん、まず最初に言っておかなければならないのは、私はアリストテレスに直接会ったことがないということです。アリストテレスの教えの専門家ではなく、ただ一般的な意見を述べているだけです。もし不満があれば、どうぞご自由に。

ギリシャ哲学者についてまず考慮すべき重要な点は、彼らが科学者ではなく哲学者だったということです。その違いは何でしょうか？ギリシャ人は、いくつかの共通した仮定の真理に基づいて考えに取り組み、そこから詳細な推論を行いました。例えば、重い物体と軽い物体（石と羽根など）を落とします。どちらが先に地面に着地するでしょうか？石の方が羽根よりも早く落ちることは、誰もが同意するでしょう。つまり、これは私たちが真実だと仮定していることであり、残りの詳細はそこから推論できるのです。

この一般的な枠組みに基づいて、アリストテレスは力と運動について次のような考えを持っていました。

最初の考え方は、自然界には2種類の相互作用があるというものです。自然な相互作用と激しい相互作用です。自然な相互作用は、土、風、水、火の4つの要素に関係しています。これらの要素のいずれかでできた物体は、本来の位置に戻ろうとします。岩は土でできているので、土に戻ろうとします。岩を放すと、本来あるべき場所へと移動しながら「落ち」ます。火は火のある場所、つまり上空に行こうとします。つまり、火は上昇するのです。そうそう、物体の自然な状態について、もう一つ重要な考え方があります。自然な位置にある物体は静止しており、動いていません。物体は静止していることを「望んでいる」のです。ほとんどの物体は、ただ放っておいてほしいと願っているだけです。

もう一つの相互作用は、暴力的な相互作用です。これは、物体が望まないことをさせるものです。火を押し下げるのは暴力的であり、またあまり賢明な行為ではありません（火傷を負うことになります）。岩を持ち上げると、岩は地面から離れます。最後に、岩を横に押して動かすと、これも暴力的です。本来静止している物体を動かそうとしているのです。

これは、アリストテレスの物理学によれば、物体を一定の速度で動かすには一定の力が必要であることを意味します。

さて、アリストテレスからガリレオへと時を飛ばしてみましょう。そう、地球が太陽の周りを回っているのではなく、太陽が地球の周りを回っているという説を裏付けるために望遠鏡を使ったあのガリレオです。しかし、彼は力と運動に関する実験も行いました。そう、実際の実験です。ガリレオは、ある仮定の真実から始めて詳細を推論したわけではありません。結果を得るために実験を行い、そこから考えを組み立てたのです。

実験が難しいことはお分かりいただけたかと思います。落下する物体の動きをどう観察するのでしょうか？一定の速度で落下するのでしょうか、それとも速度が増していくのでしょうか？腕を伸ばした鉛筆を手に取って放すと、鉛筆は確かに落下します。非常に速い速度で落下するため、地面に着くまで1秒もかかりません。この非常に短い時間では、速度が増しているのか、それとも単に非常に速く落下しているのかを見分けるのはほぼ不可能です。

ああ、聞こえてきそう。「そんなに難しいことじゃないだろう？スマホの高速カメラを使えばいいじゃないか。簡単だ」って。でも、ガリレオはスマホどころか、いい時計さえ持っていなかった。手持ちの道具で何とかするしかなかった。物理学って難しいんだ。

しかし、落下する物体の動きを観察する独創的な方法があります。そのコツは、物体をそのまま落とさずに、斜面を転がり落ちさせることです。斜面はどのように役立つのでしょうか。斜面上のボールの 2 つの極端なケースを調べてみましょう。水平の斜面の場合はどうでしょうか。その場合、ボールはそこにとどまり、動きません (静止状態から放した場合)。これは確かに、何気なく観察している人でも測定できるほど遅いです。もう 1 つのケースは、完全に垂直な斜面です。垂直の斜面を転がり落ちるボールは、落としたボールと同じです。したがって、斜面を垂直方向から少し傾けるだけで、ほぼ落下と同じような動きになります。または、斜面をわずかに傾けて、落下するボールのような動きを維持しつつ、はるかに遅い速度にすることもできます。

ガリレオがまさにやったことです。彼は斜面をボールを転がしました。これがその様子です。

20センチメートル刻みで傾斜路をマークしたことに注目してください。これにより、ボールが実際に一定の速度で転がるのか、それとも速度が上がっていくのかを確認できます（ただし、この場合は人間の目で確認するだけで十分です）。ボールが一定の速度で動いている場合、同じ距離を移動するのにかかる時間は同じです。さあ、やってみましょう。各区間にかかる時間は次のとおりです。

明らかに一定速度で動いていません。各区間の時間はどんどん短くなっており、速度が増加していることを示しています。しかし、これを極端なケースに当てはめたらどうなるでしょうか？傾斜がもう少し急だったらどうなるでしょうか？これは不可能な実験ではありませんが、それでも距離が進むにつれて時間は短くなることが分かるでしょう。では、垂直の傾斜の場合はどうでしょうか？確かに、落下する物体が速度を増すのは理にかなっているように思えます。

これは大きな問題です。落下する物体が一定速度で動かない場合、重力によって物体の速度が変化する必要があるとされています。注：ここでのキーワードは「変化」です。しかし、これは別の大きな問題を引き起こしませんか？力が物体の運動を変えるのであれば、なぜ物体は押すと減速して止まるのでしょうか？

ボールのある斜面に戻りましょう。斜面が完全に水平であれば、ボールは転がるにつれて減速します。しかし、斜面がほぼ水平だったらどうなるでしょうか？斜面にほんの少し傾きがあって、ボールを押したらどうなるでしょうか？さあ、見てみましょう。

ボールが押された後、等速度で動いているように見えることに注目してください。これは、もし完全に滑らかな水平方向の傾斜を作ることができれば、ボールは等速度で動くはずであることを示唆しているようです。これは非常に重要なことです。特にアリストテレスは、運動の自然な状態は静止状態であると述べています。

はい、たくさんありますね。重要な部分を見ていきましょう。

アリストテレスは（証拠なしに）物体の自然な状態は静止していることだと述べています。物体に力を加えると、物体は一定の速度で動きます。押すのをやめると、物体は止まります。
ガリレオは実験をすることにしました。彼はボールを斜面から転がし、速度が増していくことを実証しました。
ほとんど傾斜のない斜面でボールを素早く押すと、ボールは一定の速度で動き続けます。
アリストテレスは間違っていました。物体を放っておくと、一定の速度で動きます。

アリストテレスの力と運動に関する考えは理にかなっているだけでなく、ごく普通の人々が抱くごくありふれた考えであることが分かりました。おそらく最大の問題は、目に見えない力、つまり摩擦力の存在です。テーブルの上にあるブロックを押すと、手から力が働いているのが容易にわかります。手を離すと力がなくなり、ブロックは静止します。しかし、ブロックが止まるのは、押す力がなくなったからではなく、むしろ動きに逆らう摩擦力によるものです。摩擦力は常に存在するため、私たちはそれを忘れがちです。おそらくこれが、ガリレオ（そしてその後の人物）のような人物が、力と運動に関する私たちの考えを変えるのに長い時間がかかった理由でしょう。

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