学校教育における電磁気学指導の諸問題(II)
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(2) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 ( 1 1 ). 倉 賀 野. 目. 志. 郎. 次. 序章 電磁気学教育を考えていくむ こあたって 第1節 電磁気学教育を考える4つの基本的 「柱」 第2節 電磁気学の教育内容を考えていくステップ 第工章電磁気学の 「論理構造」 を考えていくにあたって 第1節 「矛盾」 という視点からの 「論理構造」 の考察 第2節 古典電磁気学がかかえている 「自己矛盾」 第3節 「矛盾」 という視点からの 「論理構造」 の展開 第1 1章古典電磁気学の 「論理構造」 第1節 電磁気学の方程式 第2節 「電磁場」 の 「表現形態」 のいくつかのパターン 〔以上, 前号〕. 第m章. M.Faraday に お ける 場 の 実 在 性 の 探 求. =-= 〔力線の変動〕 と 〔伝播時間〕 を 介 して 一- -- -一 前号において, 電磁気学の 「論理構造」 を 「矛盾」 という視点より考察することを試み , 電磁 場 の 「表現形態」 のいく つかのパター ンの分析を行 なっ た 本章 では その 「論理」 を歴史 的過程の , 所産として把えるべく, M.Fa radayにおける「場」の概念の形成過 程を考察する とりわけ ここ , , では場の概念形成における認識の「諸契機」を Fa radayにおいて抽出することに焦点をあてている . 第1節 Faraday における 「電気の波」 概念 M.Fa raday の電磁気学の業績として 「動電気現象においてもまわりの 物質:空間 『- 場 -- の状態の研究を中心課題としたこと」 と 「〔諸力 の相互転化〕 の追求をその研究の基礎 にすえたこ , ) と」 が特徴としてあげられる 1 . また, Fa raday は諸力の相互転化と いう考えに基づいて 電気力・磁気力 の相互転 化だけでなく , , 重力と電気力との相互転化の実験も 実際に試みている 2 ) , 本章 では, それらに加えて, ①力線の実在する場 の確証として Fa , raday が作用の伝播時間とい うことに着目していたこと さらに②その 「時間」 という問題意識 が彼の研究過程 , において一つの モ チ ー フ を 形 成 して い た の では な い か と いう こ と を い わ ゆ る ”Farad ’ Di “3 ays ary )よ り 跡 づ け る , こ と を試 み た. 153.
(3) . . 倉賀野 志. 郎. 2日ま で書かれて 8 62年3月1 “Faradars Diarプ (以 下 Diary と 略) は 1820 年 3 月 23 日より 1. 「電気学実験研究」 raday にお ける詳細な研究過程の記録となっている. そ れに 対して おり, Fa (ExperimentaI. i i ty) の 方 は 一 定 の ま と ま り が で き た 段 階 で発 表 さ れた も t Researchesi r c ec n E1. ) の で あ る.4. 氏は4つ の期に区分してい この Faraday の研究過程を, 研究した対 象とかかわ らせて 矢島祐利 6年か ら )矢島氏の時代区分に 従がって, その特 徴をみれば 「研究の第1の山」 (第1期) は181 る.5 磁気回転の実験がこの期 にあたる. 1830年までで, 主に化学関係の実験が中 心 で, 塩素の液化・電 raday 841年ま でで, 電磁誘導, 電気分解の 法則, Fa 31年か ら1 1期)は18 「研究の第2の山」 (第1 raday効果, 反 850年で, Fa 1 1期) は1842年か ら1 暗部の発見などがある. 「研究の第3の山」 (第1 の V期) 」 (第I 磁性, 重力と電気力との転換の 実験などがこの期 にあたる. 「研究の第4 , 最後の山 7年ま でで磁力線の研究が中心となる. は1851年か ら186 )第1 1期 失敗の後,6 電磁誘導は, 周知のように 第1期に 磁気から電気を得ようとする3回の 実験の まとめ 線を用 いて ちに磁力 のはじめの1831年8月29日に 発見されている. その法則性は1831年のう ) ら れ て い る.7. 法 則 と し て も す でに 1831 年 し か し, Faraday は 晩 年, こ の 電 磁 誘 導 の 実 験 に 再 び も ど っ て い る.. 9 } の段階で定式化されている 電磁誘導は, その時, 次のような形で実験されている. 者の強調部 ry そのも のの 整理番号, 一一 線は 原文イ タリックの部 分, ~~線は筆 (番号は Di a 分。) 1857. 3・ 30 (1857 年 3月 30 日). t dtogether B 15410 .Suppose A and connec e th the galvanometer at G wl. 1 .n one a1. t ‐and P an inducing current so ar‐ rcui ci. nducedin Ashould rangedthatthecurrenti 1 t l def ectthega Vanome erone way,andthat induced in B by the same act. (as the. ・ 0 1 【 ・ 1 5 4. :. 霜. . . r ‐ - - - -‐ ‘- - - - - - - 一 冊 ,. f l ti t i tabl shing currentin p) es ,shouldde ec. 図1 theother way. Theniftinle werenecessa‐ d t l eshoulddbe movedfor an instant andthen s opPe , ry the need ,. ような実験が他に ここでは 誘導に時間がかかるかどう かという 点が着 目されている. これと似た ) も 計 画さ れて い た.9 1857 5 .14 i th Binducteousinthesameplaneand i r c wi t fAinduc ions r cbeconcent iderat 15488 .l .Cons fB and C containthesamelen啓hofthe tantP1ane : - andi s th Cinducteousin a di so wi al fec t atthe rom A to C,the ef l lbethe distancesf rom A to B andf t wi re ]ne wi sa , wha ? ing rendered equal galvanometer be l ltherebe any differencein i re t nthesamel ;wi t engthof wi 15489 .Suppose A and B o con a i t r cto B or B to A? sinduc ime or force when Ai t. 154.
(4) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 (n). 同じような実験に ついての構想が 〔 1 855年8月15 日, 13955〕 に も あ る. そこでも, A で増加電流を流すと B から C という順序 で 時間が , , 遅れて誘導電流が生じるであろう ということが予測されている 1 0 ) . (図2) 実は Faraday は こ の 1855 年 頃 か ら 磁 気 が伝 わ る の に 時 間 が か か る , ,. のではないかと考えており, この論理の延長上に この電磁誘導の時間 , 1 ) 測 定 の 問 題 をと ら え て いく こ と が でき る 1 。. 1855 8 .15 13942 rnei n relation to n・agnetic force .1i. .. 13943 fthenecess i tyoft imecouldbeexper imental l .l 図2 yprovedfor the propagation of magneticforce it would prove h s i call nesofforce andtheprobabl p yi , e existence o f a medi um‐onthe other hand i f there be a medium and i f h i ll i p ysca nes of , ,. ic force exi magnet i st s almost certainly concerned, ,t mei. こ こ では 力 線や 媒 質 の 存 在 の 証 明 と して 「時 間」 が 指 摘 さ れ て い る こ の 点 F d が ara ay に と っ て .. 「時間」 を測定することの重要な意味になってくるの であるが このことは後 で触れる。 , Faraday が 晩年 「時 間」 に 着 目 して い た こ と は E T W h i t take , rも 「彼の思索はしばしば, 彼 , . r がすでに解 決していた大問題に再 び帰っていっ た」とし 「 , 1857年には磁気作用の伝播速度 が光の伝 播速度 と同じオーダー であるかどうか また作用を媒介する物体の誘導感 受率によっ てその速度 が , 影響を受けるか どうかに ついて考察を行なっ ていた」 と指摘している 1 2 ) . 矢島祐利氏も, Faraday の J l l へ の 手 紙 の そ の 部 分 を引 用 し て 紹 介 して い る 1 3 ) .C. Maxwe .. 「 1 857年3月25 日 私はこの夏は磁気作用の時間 というよりもむしろ電流を通じてある針金のまわりで , , エレク トロトーニ ックな状態の生ずるに要する 〔時間〕 について実験してみたいと思いま す. 一-- そ の時間は多分, 光の時間位短いものに相違ありません . しかし, その結果の重 大さは もし肯定 であるならば私を絶望させることはありません , .」 この磁気力の作用 に時間がかかるということか ら 「電流による横向きの力 」 も 「磁気力と同じよ 4 うな性質をもつ」ことが予想される 1 〉1 8 5 5年の段階 でも 電磁誘 導の時間の遅れを確か める実験は . , 構想され, それが具体的に現われたのが1 857年の実験であるわけ である 。 この 「時間」 を重力 の場合にもあてはめようと考えていたよう である 賜 。 1857 4 .25 15421 l i t i tat l lyinversely asthesquare ofthe distance sm,acting s . f a power,as magne ca , couldbe provedtorequiret imeforthees tabl i h s mentofi t ime dependant on saction,i .e .t mere distance, whatef fec t woul dthathave uponthereasoning to such a case a G i s ravtyP. J l lは, Fa raday が 「最後に取りあげた研究の大きなねらいは磁気力が伝わるのに時間を .Tynda 要するか どうかという こと」 であり そのために 「巧妙な歯車に鏡のついたも の」 を使うはずだっ , 6 ) た と 述べ て い る 1 。. 155.
(5) . 倉賀野. 志. 郎. V期にあ た り,1846年に, い 185 5年~1857年という時期は, 矢島祐利 氏の時代区分からいう と第I 1 7 } ions が 発 表 さ れ, 光 を 電 気 力 線・磁 ) t sonray‐vibrat わゆる 「光線振動に関する考察」 (Though 考えをもつことは当然であると 力線と関連させて 考えている以上, 力の伝播について前述のような 題意識はもっ と初期 思われるかもしれない. しかし, この作用に時間がかか るという 「伝播」 の問 l l amsなどは電磁誘導そのものの 発見とのつ ながりも指摘して の段階から現われており, L .P . Wi 5 ) い る. 1. 1期 ま でさ か の ぼ る。 Diary で は, そ れ は 第1. 1831 年 8 月 30 日の 電磁誘導の記述の中には, 次のような 9 ) わ れて い る. 1. ” i i ty“ と い う 言 葉 が 使 fe l t r c ec waveo. 1831 8 .30. losed alternately ide wi th battery butbroke and c inued t he contact of A s 14 ----: cont . he dependsupont d 1 h - - fectatsuchtimesont enee e 1 ix.Noef 1athe ideWi thf fB s contacto fect iarstateof wi refrom B butef t r ecul i ide t terys changeatba . Hence sno permanen o p tA t t l i t sa i i l ty caused at momentsofbreaking and comp e ng con ac fe dueto a waveo r c ect ide s . 1y very short and sudden. ▽vave apparent 15 , 一----. この. ” i i l tザ は, fe r c ect wave o. “2 0 “ )としての電磁波と同 等 も ち ろ ん, い わ ゆ る electric wave も の と して 考 え. 伝 播する なものでは ないが,この言葉から Faraday が 作 用 を ひ と つ の パ ル ス と し て 1 2 } 月 このような見方は伝 ていた可能 性があることをみてとることができる. 約半年後の1832年3 , 2 2 ) 播の時間という 形で実際に 現われてくる. 1832 3 .8 i l l ing ofハ江agnet cimpulse. 393 rave ・ Timeoft 394 .. fE1ectricinduction. impul se o. i ftheory of vibrations. l i t 395 .Query app ca on o. i ty--can iccurvesofequalintens l ing wi く ′henthetravel re movesonlytgrough magnet 396 .v ive ideof wi l if rerelat h theeffect ofinduced currentbe dueto anything elset anre e onones ion? imerequi redin propagat ion onthe other,i iontothecurvesandtens .tot .e t toi tsposi he imeinthe powersproducingt ion oft iesoccupat ime andimpl ionrequi rest --forthe mot. ? ia lpowers ) ion( tangent tens .. ry a 829年より Di 1期との時代 区分は明確に 行なうことができる.1 Di ry でみる 限り,第工期 と第1 a 成功 実験に 電磁誘導の 9 2 日 月 , への 記載が少なくなり, 1830年に は0と なる. そして, 1831年8 した こ と が 報 告 さ れ て い る,. 標題だけをみると, し か し, Diary は 1831 年 2 月 2 日から記載されている. 2月か ら 7 月まで, 係ないと 思われる次のような実験が続いて いる そして, 8月 29 日. . 電磁誘導の実験とはまっ たく関 ることは読み 明らかにす 事情を この間の i D ものから その ある a r 続くわけ で y 電磁誘導と 突然 , に . , ” ” る こ と か ら, 何 ら か の 連 関 とれないが, 電磁誘導の実験の説明に wave と い う 言 葉 を 使 用 して い を予想させる. 156.
(6) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 ( 1 1 ) 1831 February 2to M [ igures arch14 . Acousticalf. ---on a peculiar C1ass of AcousticaI Figures; and on certain Forms assumed b. y. fparticles upon vi groups o brat ing elastic Surfaces, June17to Ju l C i i t r s a o n y 18 s p .. ---- onthe Formsand States assumed b F1 th vi brat y uidsin contact wi ing E1as i t c. Surfaces , August29to December 5 .. Experimentsresul ingi t nthe discovery ofthe principles ofelectro‐magneticinduc ion t. L.P. Wi l l iamsは こ の 間 の 事 情 と 電 磁 誘 導 発 見 の 背 景 に あ る ‘ ‘wave” と いう 考 え 方 に , つ いて 次 3 ) の よ う に 述 べ て いる 2 。 「1831年のはじめま で かれの Diary に は sound や acus i t iguresに つ い て は 一 言 も な か , calf , っ た.」 しか し 「1831 年 2月 か れ は acous i t lf i c a u r e 一 sに つ い て の 連 の 美 し い 実 験 を 始 め た」 「こ g , , れは明らかに一時的な気ま ぐれではな い なぜなら ば かれは集 中的 6 ヶ 月 も の brat に 間, vi i , ng , surfaces の 問 題に 取 り 組 ん だか ら であ る か れ の 目 的 は は き り し て い た i l i t f っ a c o u s c a . u r 振 e s は g .. 動一般の性質について大変 有益な手がかりを与 えてくれることが できる , . そして, この手がかり から電気の作用 をは っきりさせることが可能になるかもしれなか た っ .」この背景には「もし光や 音. が両 方 と も vi bratory mot ions であ る な ら ば 電 気 も ま た そ の 性 質 に お い て und lt ua ory で あ る こ と , も 可 能 では な い か」と いう 考 え が あ っ た こ の 考 え は Farada 自身のもの y ではなくす でに1 806年に 。 エ ルス テ ッ ドが 同 じよ う な ア ナ ロ ジ ー を示 唆 して い た と Wi l l iams は 述 べ て い る . そ して 「か れの Diary の 中 で電 気 を wave と す る 最 初 の 記 述 が 現 わ れ る の が, か れ の acous i t cal researchesに 大 変, 接 近 して い る こ と か ら - - こ れ ら の 実 験 は 電 磁 誘 導 を発 見 し解 き 明 か す ため. の手始めと して組まれたものにちがい ない 」 と推定される , . 音と電気と の間にアナロジー が成立する ことに ついて Fa raday が電磁誘導の発見のわずか 6ケ. 月 後 に 次 の よ う に 書 い て い る こ と を Wi 4 l } l iams は 紹 介 して い る 2 .. 1832 3 .12 lth ink also,thatlseereason forsupposingthate l i i t ect r ion)i cinduc on( oftens salso imi lar progressivet performedi n as ime . 1 am i 1 inedtocomparethe diffusion of magneticforcesfr nc ic po1e tot om a magnet he , ionsupont vibrat hesurface ofd i turbed water,orthoseofai s rinthe phenomena ofsound; i l inedtoth inkthe vibratory theory wi nc .e.1 am i 1 1app1 t does yto these phenomena,asi to sound and mos tprobablytol ight . By analogylth inki t mayposs i bly apply tothephenomena ofinduct ionofe l i i ty ect r c. oftension also.. 「1831 年 の段 階 で Faraday は 音 光 そ し て 電 気 と の 間 に ナ ア ロ ジ ー が あ る こ と を 予 期 して い , , , た.」 「問 題 は, そ の wave を発見すること であ た 」 という ことになる っ .. . このよう にみてくるなら ば, waveの伝播 及びそれによ て引き起こされる「時間 っ 」の問題など ,. は, Faraday の そ の 後 の 研 究 の 基礎 の ひ と つ と な て い た と 考 え て いく っ こ と が でき る. っ. 157.
(7) . 倉賀野. 志. 郎. i i ty と い う パ ル ス のイ メ ー ジ で 把 握さ れ て い る 電 l t r c ec こ の waveofe. 磁 誘 導 は, 電 磁 誘 導 を 発 見. パ まだ明確には した翌年に は 「伝播時間」 という問題と結びついている. しかし, この期の ルスは もので , 第IV期の 空間 一 場を伝播するものとしてはと らえられていない. 電線などの中 を伝播する 5 6 2 )2 ) 場における 作用の伝播速度とは少し異なっている. 1832 1 .7 ea lt i f l tri it i the wire caused by an electro magnetic pol l 291 . s notthe evo u on o eec c y n r l e ;---- imei hatt n electric circuit, and perhapsrnuch tit ive prooft srequiredi 1 つ Lpt presu・. 2 1834 12 . felectricityin a wirethattheshortestsensiblecontact l th 2195 .So quickly traves e waveo sbroken fect whenthe contacti lef . i vetheful ong enoughto gi sl. hea toneの「鏡を早く 回転するという 巧妙な考案に t s この waveの伝わる 針金という 考え方は, Wr と いう , 「電流は -- 遅れて到達する」 よっ て, 電気が針 金を伝わるのに 時間を要すること を示し」. )Diary 上 で は Wheats tone の 実 験 に つ い て は 1835 , 考えと容易 に 結 びつ い て いく.27. 年 か ら 1837 年. 2 8 に か け て 多く 触 れ て い る. ). り 「そ 「 また Fa raday は1838年に, おく れの効 果をもっ と大きくする方法につ いて 予言」してお , 述べた原理を 彼が1 8 3 8年に れから16年後に 条件が 整って -- 海底電線について 行なった観測は くれが海底電線に送 ら 大規模に例 証することを示すことができ」 , 「フアラ デイ が予言した電流のお 2 9 ) れる信号に現われ」 ることとなる. が 外部,すな このよう な針金の中を 流れる waveは 電線等の内部に 限定されている ものではある , わち空間・場を伝播する作用へと転化 していく契機はすでに存在していた. た点であ その転 化の契機とは, 作用を媒介とする 空間を, 「励起された特殊状態」とみなしていっ. る i t ta t ) である・ この 「電気 e ‐ このr特殊状態」 の発端をなすものは 「電気緊張状態」 (electro‐ c s on. 一編〕の報告の中 で, 緊張状態」とは1831年8月 24 日の電磁感応についての「電気学実験研究」〔第 3 0 } 「磁気感応の下にある針金は, ある特殊状態に在る様に 思われる」 とされているものである. あるという結論 しか し, こ の こ と は 1834 年 1月 12 日朗読の 〔第二編〕 では, 「それが特 殊状態に 3 1 ) を言い表す べき何等かの明白な事実はまだ余には 少しも判 っていない」 として 排除される. 媒介とする 必要 この 「特殊状態」 の考え方が復 活するのには, いわゆる 「連接粒子」 の考え方を 粒子の 一つの があった. すなわち 「電解質の中のあ らゆる効果は, 特殊な分極状態に 持ち来された 用であ 作用であると見られる」ことによっ て, 「感応それ自 身は総ての場 合において, 連接粒子の作 た」 定するにい 生じないと推 決して り, 電気的遠隔作用は介在する物質の影響を通して 以外には, 2 ) る の であ る.3. 強められてい その後, 感応での 「曲線上の作用」 によっ て連接粒子としての近接作用はますます. く と の 「連接粒子」 に 基づく空間の特殊状態は Fa 作用の根 拠として, まさに , raday にとっ て近接 動の伝播とい 空間に存在するもので,それと waveの考え方とが結 びつくのには,その特 殊状態の変 う 「振動」 がそこに起こりさえすれ ばよかったはずである. え 中 見い出すこと が で その 「振動」の一つの側面を, 電流そのものに 対する Faraday の 考 方 の に 158.
(8) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 ( 1 1). き る。. Fa raday の電流に対する考え方は Tynda l lが指摘しているように その背景に「諸力の相互転化」 , の思想があり, 「化学親和力によっ て生じた運動の再分された」 ものとしての 「振動の運動」 が重要 3 ) な概念となって いる 3 3 4 . そ し て, そ こ か ら 次 の よ う な こ と が 結 論 さ れ て い る。 ). 「針金が磁石に近づく 時, その中にある作用 が起こり光速度にも比すべき速さ でその中 を走り ます. この速さ で力を伝達することができる物質は今までに一つしか知 られていません 光エー , テルです。 その進行が速いだけ でなく, 光と熱の運動を生 ずる能力 があることから 電流も やは , り振動であることが指示さ れます.」 Diary をみると この 「電流=振動の運動」 という考え方は1 83 2年からす でに始ま っ ている こ , 。. の こ と が 先 述 の wave と い う 考 え 方 と 結 び つ い て い る こ と は 容 易 に 想 像 しう る こ と で あ ろ う 3 5 )3 6 ) . 1832 9 ,10 B 116 ‐ . y current 1 rnean any thing Progressive, Whether it be a fluid of E1ectricity o1 ins or general ly progress ive forces vibrat .. 1833 9 ,7 692 iesofcauseandsourceofE1 i ty l i t ty-■ mat ect r ci :M[ovi nge terorvibrat .Theor r ec ions ci ?. そして1 836年には, 「光線振動 に関する考察」が発表される1 0年も前に, 次のよう な断定 が行な. 7 ) わ れ て い る。 3. 1836 9 .12 3570 E 1 i i tysuPPosedto be Vi brat ions r c brat ionofthe E1 i l . ect d ect r cf ui ,- - Lightavi ,- -. 1 832年,3 3年の段階では, ま だ疑問形という形 で提出されていたものが 1 , 836年のこのような早. iod’ と し て 電 気 と 光 と が 統 一 的 に 把 握 さ れ て い る わ け であ る brat い 時期 に ”vi .. このようにみてくる と, 作用の伝播という晩年で現われてくる実験の背景にある考え方 waveと , いう見方, 諸力の相互転化という思想は, 第1 1期前半に, そのほとん どの準備がなされていたとみ る こ と が でき よ う. wave と いう 考 え 方 は こ こ で は ひ と つ の 貫 か れ た 考 え 方 と な て い る っ , .. また, 諸力の相互転化の 中に重力をも含めて考えているのも 次節 で考察するようにDi a ry上 では ,. 1834 年 に ま でさ か の ぼ る こ と が でき る .. 第2節. 力線の実在性の探求と重力. 場にかかわっ てみる時, Fa raday にとっ て力 線が実在す る空間における作用 の伝播という 問題 は, どのような意味をもっ ていたの であろうか このことを 電気力線と重力線とを対比すること 。 , によっ て考察してみよう. Fa radayは 「諸力の転化思想」 に基づいて, 電気力と重力との相互転化実験を始める 実験は須 . 藤喜久男o 清水考-の両氏の指摘にあるように1949年に始ま る 3 8 〉 ary 上 で重力にかか . しか し Di わっ て他の力との転化の可能性について述べた時期は それ以前にさかのぼる それは1834年に始 , . 9 ) ま る.3. 159.
(9) . 倉賀野 志. 郎. 1834 5 .13 f these forces l i h l l ユ : Che i l l far weaker t . 1783 ty i ss . △dust consider t e re at on o . Gravi ty. ion, Cohe ion and Gravi s attract. 0 ) 同じよう な指摘がその3年後の1837年にもある.4 1837 11 .14 ty i i ty fE1ect the forces o ti hi r l f c 4216 , , Gravi , CornPare corPuscu ar orcesint er amoun , .e. lentsi i h i ft i u v a e e r e fl ns om d o i i s o n s h i n e x r e s q i i t c a f f t p a n l e n e c i v e s o h c o g c em ca a n y, . , shape or other . ” ”i i t t oげ と し て 把 握 さ れ て お り, 電 気 力 線 の curve rac rectat しか し, こ の 段 階 では 重 力 は d 性に対して異なった性格 をもつものとされている 36 年,37 年 の 他 の Diary の 記 載 を み て も 同 じよ. .. 1 )4 2 } う な こ と が 述べ ら れ て い る.4 1836 9 .6 inesvariously and inesbutinl tl Ai t d t ti i h 3512 .Thatinductionthrough r,e c. oes no ac nrg f ti s an action of t according to circumstances,is a strong proo thati rnuch curved or ben iclesa ingeach otherinturn,and notanaction ata distance. Contrast f fec inuouspart t cont. i thd rect attraction, as Gravitation or 凸4agnetism,---- Wi 7 1837 10 . ferenti i f l i t nits nature and ike an action ofpar es c iveinfluenceseemsl 4029 si sduct ,d .Thi ines ---- ti kindf s a power actingin curvedl rom thatof gravity;fori ,. 先述のように, 電気力線の曲線上の作用は, いわゆる 連接粒子の考 え方と合わせて, 近接作用と しての場の考 え方を Faraday に お い て 押 し 進 め る 重 要 な 樵 子 と な っ た も の であ る, だ が, こ の 1837 年までの段階では重力は直線的に作用するものと して把握さ れていた. 4編〕 では, 曲線上に作用し, 一 方 そ の 翌 年 の 1838 年 6月 2 1日提出の 「電気学実験研究」 〔第1 ,. 分極状態に ある感応と合わせて重力が論じられている. その 「分極状態というのは, 普通の感応に おいては 強制された状態と考えるべきであり, 粒子はそれらの常態にもどろうとしている」もので, その感応によ っ てしめされる 「粒子力を重力・ 凝集力・電気およ び物化学親和力と 比較することが 出来, それらの効果から何とかして それらの比当量を引き出すことができるだろう」 と 述べられて 3 )重 力 は 相 互 転 化 す る 諸 力 の ひ と つ に こ の 段 階 では 含 ま れ て い た こ と に な る. い る.4 ,. 1期 では, Fa raday は諸力の相互転化の中に 重力を含めているが, 重力 は 直線上に作 つま り, 第1 用するとして, いわゆる近接作用には含めていないのである. 上のような区別は1846年の 「光線振動に関する考察」 では, 重力の伝播に時間がかかることへの 懐疑という形で現われている. l l も こ の 点も Tynda こつ い て 次 の よ う に 述 べ て い る.. まず Faraday にとっ て「遠隔作用は直線的にはた らくべきものと考え」 , 「重力は角を回ることな はないか 「 電気の作用は曲線にはたらくので く真直にはたらく」 . それとは異なる 電気力線の場合, 4 4 ということを確かめよう」 とするわけである. )また重力 が直線的に作用するということからの帰 160.
(10) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 (1 1 ). 結 であるが 「太陽と地球の 間にはたらく引力 の線は 彼の心には弾力をも た糸のよう に見えた 」 っ , らしく, 「彼は 重力が瞬間的にはたらくのは〔重力線〕の弾性 が非常に大きいことの表現 であること 5 )つまり 重力は弾性 が大きいが故に直線 的に作用し を認め」ている.4 , , 作用は瞬間 的にはたらくわ け である. 「光線振動 に関する考察」 では この作用の伝播について次のよう に扱われている 4 6 ) , . The occurrence o fa change at oneendofal i ly suggentsa consequent ne offorceeasi change at the other .. The propagat ion of l ight lrad iant , and therefore probably of al. ion occupies t ime and,that a vi act brat ion ofthel ine of force should account for the , h d i i f t a e n i ome n a r p o a a on, ti s necessarythatsuch vi brat ionshould occupy t ime also.. しかし, このような考察がしめされている中 でも 重力 が 上の性質をもつか否かについては保 , ,. 5 ) 留さ れて いる 4 。. --lam not aware whetherthere are any databy whichithas been. ,orcould ascertened whethersuch a poweras gravi ion acts wi tat thout occupyingt imeor whetherl inesofforce be i ngal readyin existence,such alatera idisturbance ofthem at one end asl have sug‐ ld requiret ime gested above, wou tofnecessity befe l tinstantly atthe other end. ,or mus. Faraday にとっ て電気力線とは まさに場を表現し 場の性質そ のものを表わすものな のである , , が, その特 質は, 重力線との対比ではっきりと浮彫にされている つまり 重力線 では保留されて . , いるが, ①曲線に作用するという こと また②力線の振動ということ でわかるように作用の伝播に , 時 間 がか か る, と い う こ と であ る . 重 力 に 関 して は, 1836 年 37 年 の 段 階 と 1846 年 の 段 階 と では 少 し ニ ア ン が 異 ス なっ てき て , ュ ,. いる。 前の段階 では, 重力線と電気力線とが異なると断定的に語られていたものが 4 , 6年の段階 で は 「不明」 なものとして把握されている ここには 重力線そのものも場の力線として把えること 。 , が でき る の では な い か, と い う Faraday の 願 望 を み て と る こ と が でき よ う .. 事実, 184 6年の3年後に始まる重力・電気力の相互転換の実験の後にも重力に 対する先述のよう な疑問は語られはするものの, その同じ場所で重力に電気力と同じ性質が見い出さ れれること を望 7 ) ん で い る。4 1852 6 ty--radiantforces gravi. lntheaction ofgravity forinstance thel ineofforceisas traightl i , neasfaras wecan , testi tbytheresul tantphaenomena ltcannotbe def lected oreven af f tscourse e , cted,ini , , ----So gravi ty presents us wi ththe simplest case of attraction; 3246 s one quentionin relation to gravi ty f we could ascertain ortouch . Therei ch , whi ,i i ly enl t l d t i h t r i e a h w o u l h g n t t e u i i s g s ime fi rest , . tdid t would , w e er gravtat onrequi . l ,i show undeniablythat a phys i calagency existedinthe course ofthel i f f neo orce.. 161.
(11) . 倉賀野. 志. 郎. F raday にとっ 重力を近接作用として 把握すること, その作用に時間がかかる ということとは, a --. それは晩年 ては等しいものなのである. そして, そのこと を重力の内に も何とか見い出すこと. d 1855 年 は F の Faraday の 大 き な 課 題 の ひ と つ と な っ て い た の で あ る. こ の よ う な こ と , ara ay が 8 ) 引 用 して い る こ と か ら も わ か る.4 に,い わ ゆ る Newton の「ペ ン ト リ ー ヘ の 手 紙」を 次 の よ う な 形 で s ch haS Since been discovered in hi rom Newt○n whi A passage・nay now be quated f ines of ical l iever in phys ing bel i 1 1 les tat hi h h in that he was an u[ d works , an w c , s ow g I I Iamongstthose whosustain i t aturerank hinIamongst hi tf ing force tat gravi , mus ronn sn. inesof magnetic and electricalforce lnature ofthel i thephys ca. 気づけ ら れた 以下, 有名 な 「手 紙」 の 文 章 が 続 い て い る. そ し て, Faraday 自 身, 自分 が勇. ions の ひ と つ と して, 「ア イ ザ ッ ク・ニ ュ ー ト ン 卿 に よ っ て 表 明 さ れ た 次 の よ う な 強 い 確 iderat cons. 遠隔作用を生 信, すなわち重力 でさえも物理的力線の状態をつくり出すある途中の物質がなければ 9 4 ) じる こ と は でき な い」 と いう こ と を あ げ て い る.. 磁気誘導における しかし, 他方 では, そのこと を実証する 時間測定について,「電磁誘導もしくは 2 比較するには , , 3の大きな困難 時間」 と題 して 「異なった距離に対する磁気力の伝播の時間を i bl e な 時間測 定の ため に は 大き な距 離 が必要 cknessや, sens が あ る」と 指 摘 し, そ こ で は 作 用 の qui 5 0 ) と な る こ と な ど が あ げ ら れ て い る. tz に よ っ て は じ め て 実 証 さ れ る わ け l lに お い て さ え 予 想 であ っ た 電 磁 波 が Her も と よ り Maxwe. 1にも相当 5 重力波」 であり, また文字 通り重力の伝 播時間ということに でもな れば, それはまさに「 するもので, その意味ではあま りにも時代的制 約を越えた課題であっ たと言えるかもしれない. 以上のことをまとめると, 次のように 整理することができよう.. ine と し て 作用 す る 電 気 Faraday に と っ て 力 線 と は, ま さ に 場 に 実 在 す る も の で あ っ た.curvedl. ある.そ 力線や磁力線は,curve性を有するが故に力 線の振動の伝播には 有限の時間がかかるわけで よっ 時間 の測定に 」 れが重力に比して 強調され, 重力のうちにもそれを見い出そう とする背景には「 た てまさに力線の実在性が 「証明」 されるということがあるか らにほかならなかっ . たらず, 場 晩年に Fa raday が電磁誘導の実験にも どったのは 1831年の誘導法則の定式化にあき の伝 播の時間的経過を追いかけて場の実在性を確証したかったからであろう. ” neresul t s“ と い う 標 題 の も と に 854年に 書かれた 「電気学実験研究」 mの中 で, Ti このことは1 5 2 }. 記述された部分 に 端 的 に 表 わ さ れ て い る. 1854 12 Time results. ll inesof magneticforce,lhave i ca heexistence or non‐existenceofphys ----and perhapst inders l l ly by aternating motions ofcyl ia made many attemptsin various ways, and espec ices to obtain th hel shed wi tiron magnetic poles furni , l l smuth between sof sofbi andba l b tuna etosucceed. lcannot b b th e i na s d e i t e e a v y f u n h i o l t t n u c d t t meo o e , someresu s ue imei doubtthatt s concerned;---. 162.
(12) . 学校教育における電磁気学指導の諸問題 (1 1) こ こ で は ”existenceornon tenceofphys i ine ‐ exi ime” に か か わ る 問 題 と さ s t call s“ が ま さ に “. れている, そのもとに実験 が工夫されるわけである・ もちろん それが測 定にかかったという記録 . , は な い.. 以上のようにみてくると, Fa radayにおける 「場」 の概念の形成にとっ て, その場の実在性の確 証として,「変動の伝播」という動的な側面 が存在していたと跡づけることが できるであろう 通常 , . Fa raday における場の概念という と, 電気力線・磁力線の場として 静的に表現される場合が多い , が, 電磁誘導によ ってしめされる場は, まさに動的な ものであり しかも それには 「時間」 とい , , う 要 因ま でつ き ま と っ て い る の であ る . l l iamsに よ れ ば “wave“ という考え方そのものが電磁誘導の発見にもかかわりを ま た L.P.Wi ,. も っ て い る こ と も 示 唆 さ れて い る . l l 方 程 式 に は 時 間 は 陽に 表 現 さ れ て は いな い が Faraday に と て は「時 間」は 作 現 在 の Maxwe っ ,. 用の曲線性とともに最終的に力線の実在性を証明 するもので 電磁誘導発見の段階から waveとい , う概念があったことと考え合わせると, 場の認識のひとつの大きな一貫として存在していた契機 が こ こ に あ る とみ て と る こ と が でき よ う 。. 〔注〕 1) 板倉聖宣 『科学の形成と論理』 「古典力学と電磁気学の成立過程とその比較研究」 季節社 1 7 8 9 7 3年p .1 2) 須藤喜久男・清水考一 「Fa r adayにおける重力・電気 転換の試み」 『科学史研究』 No 1 1 1 9 2 7 年 , ‘ ‘Farada ’ 3) M.Faraday l IAnd Sons ary”(London G.Be l l ys Di )vo ,LTD I935 . 1~vo .W1 imen IRe 4) “Exper ta i i l l および1 ty” の vo searchesin E1 ect r c 1に関しては 矢島祐利・稲沼瑞穂の両氏による. , 訳本が出ている. 「電気学実験研究」 1, 1 1岩波書店 1 94 1年, 「ファラデー 電気実験」上.下 内田老鶴圃 新社 1 9 8 0年 5) 矢島祐利 「フアラデ-」・ 岩波新書 19 4 0年 6) 矢島祐利 「電磁気学史」 岩波書店 1 2~p 04 94 0年 p .10 .1 第1期の電磁気関係の実験をDi a r yよりひろうと, 次のような項目が対応する. 1821 年9月 3 日~ 9月 10 日. E1 i t 1 i t ec romagne sm,Revo ut t onof wi reroundr nagne. (電磁気回転の実験にあたる) 1821年 12月 21 日 ~12月 25 日 E1 i ions t t ec romagne crotat 1823 年1月 18 日 ~ 1月 28 日 Expec l tedresu tsi i t n E1 ect ro -magne sm 1824年12月 28 日 l i t i t e ec romagne ci nduct on 1825年 11月 28 日 ~12月 2 日 ’ E1 i t i t ec romagne t iment ci nduc on r . Aragosexpe. 7) 前掲. 「電気学実験研究」vo l l 第1編 1 831年11月 24日朗読. l 8) Di I I P ary vo .V .256 l 9) Di aryvo .誕I P ,270 l 10 ) Di ary vo ,V1 p .436 l 11 ) Di ary vo .V1 p ,434. i 1 2 )E t t ake r「エーテルと電気の歴史」(霜田光一・近藤都登訳) 下巻 講談社 1 .T,VVh 81 97 6年 p .2 1 ) 矢島祐利 前掲 「ファラデー」 p 3 2 .15 l 13952 14 ) Di ary vo ) .V1 p ,435(. 163.
(13) . 倉賀野. 志. 郎. l 15 ) Diary vo .259 .増l p. 72年 p.196 l l 「発見者フアラデ-」 (矢島祐利訳) 社会思想社刊 19 16 )j .Tynda. ‘Thought i brat onゞ ‐vi son Ray 17 ) M.Faraday‘ ”vo “Ex e )p l 1 1(London1855 i i E 1 t h i t IR e c r c i .447~452 s n t y r c e e s e a m e n a .1 r p ) l l iams”MICHAEL FARADAY”(London CHAPMAN AND HALLI965 ) L.Pearce Wi 1 8 l 19 ) Diary vo .369 ,l p t ltheoryoftheE1 ro ‐ ec lの 1864年 の ”A Dynami ca 2 0 ) 周知のように, 光=電磁波が確立するのはJ .C.Maxwel ” f i l d お て である i い tc e の論文に magne . l も, こ の 部 分 をぬ き 出し て いる. 前掲 書 p l .37 「一本の針金の電流は事実, 他の針金に同じような電 21 ) Tynda. 流を誘起するが, それは一瞬継続するだけで電池からの電流よりもむしろライ デンびんから出る電波の性質を. も っ て い る.」 l l p 22 ) Di ary vo .424 .1. 大野陽朗監修. 97 7年 1 0~1 7 北大図書刊行会 1 1 1 )p 「近代科学の源流」(物理学編1 .11. l l iams 前掲 書 p 23 ) L.P. Wi .179~181 i l l i W 掲 書 前 m a s 24 ) L.P p .181 . 4 0 3 l 1 l 25 ) Diary vo p . . l l p 26 ) Diary vo .346 .1 98 l i 前掲 書 p 27 )J . .Tynda l 229 ) な どがある. vo 401 l )・1837年 12月 16 日 4303 ( . .m p 28 ) Di ary で 1835年 11月 6 日 2067 (vo . .m p ある. そこ で 日に 年1 0月 4 i 3 D 記 述 1 8 5 上 は i の h W l て の a r T い 8 つ 9 r e sに y l l T d 書 r a 前掲 e e p g 29 )} p . . yn a IV1p ) i t .398 ec r cforce と いう 言 葉 が使 わ れて い る. (vo は waveofpowerや wavesofE1. 35 ) Fa raday前掲 「電気学実験研究」 1 (岩波書店) p . 30 08 07~1 3 1 ) Fa raday前掲 「電気学実験研究」 □ (岩波書店) p .1 1 1 37 年 11月 30 日 第 11編 1164 8 1 8 ) 1 (岩波書店 p 32 ) Faraday 前掲 「電気学実験研究」1 . 」 を前提として成立するものであることは, 「 連接粒子の作用 曲るという 作用の方向が 近接作用の考え方が, 1で触れら 1 95 5年)- p 2 )『科学史研究』35号 ( .2 辻哲夫.恒藤敏彦.広重徹の三氏による 「電磁場理論の成立」( れて いる. l l 前掲 書 p 33 )J .165 .Tynda l l 前掲書 p 34 )j .173 .Tynda 3 5 2 i l 35 ) D ary vo. l p . l ) Diary vo 36 .102 .n p l m 37 ) Di ary vo p .96 . l V 38 ) Diary vo p .150~152 1949 年 3月 19 日 . l l p 39 ) Diary vo .276 .1 l 1 l p 40 ) Diary vo .216 .1 l 41 ) Di ary vo .87~88 .m p l 1 1 l 42 ) Diary vo p .180 .. 5 番号1 686 工 (岩波書店) p .48 4 3 ) Fa raday前掲 「電気学実験研究」1 l 前掲 書 p 44 )J .92 .Tyndal l l 前掲 書 p 45 )j .154 .Tynda ‘ ‘ l i i brat h ons” Exp T h t .451 oug son Ray‐一 v .m p .vo .Res ) Faraday 46 4 0 l 9 R E 1 1 l F d o x e s v 47 ) ara ay p p . . . . ’ ’Exp Res vo I P 1 i t i c Force .1 .507 ononthe Magne . l . 48 ) Faraday“○bservat l “ 1 I P l i i osophy” Exp c Ph .532 .1 .vo .Res 49 ) Faraday onsomepointsof Magnet l ) Diary vo 50 .434 .V1 p. 5 1 ) アインシュタイン. 9 70年 「重力波について」『アインシュタイン選集2巻』 所収 共立出版 1. l 1 l p ) Faraday Exp 52 .541 .vo .1 .Res. i ar yに着目すること, および本論文の作成に Faraday に おけ る 「場」の概念の形成過程を考察するにあたって D. 借り あたって, 北海道大学・教育学部・高村泰雄教授に長きにわたって御指導・御助言をいただいた. この場を て謝 意 を 表 した い.. 164. (本 学 講 師,釧 路分校).
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