物理学とは何だろうか

　少年トモナガを夢心地にさせたのは、中学校の理科の授業で見た２つの実験だった。ひとつは針金が酸素の中で燃えるところを見たときだ。「線香花火のように綺麗だった」と回想している。なんとなく物質にはそういう秘めたものがあるのだと思った。もうひとつは、風船に水素をつめて空に飛ばしたときだ。物質は何かに包まれていると思ったという。
　買ってもらった顕微鏡は２０倍しか見えない。少年トモナガは学校でガラス管の切れっ端をもらってくると、せっせとレンズに仕立てて組み合わせていった。ついに２００倍くらいの顕微鏡ができた。「工夫をしていくと思い通りのことに出会える」と思ったようだ。
　しかし、大学で本格的に研究することにした量子力学だけはなかなか「思い通り」にならない。だいたい朝永さんが京都帝大に入ったころは、量子力学を教えられるセンセーが一人もいなかった。同級の湯川秀樹くんとあれこれ英文テキストを取り寄せてベンキョーしたけれど、これではまにあわない。そこへドイツ帰りの仁科芳雄が１ヵ月だけ特別講義にやってきた。昭和６年のことだ。
　目が開かれた。そこへ仁科芳雄から東京の理研（理化学研究所）で研究してみないかと誘われた。「思い通り」のための準備が始まった。

　若き朝永振一郎がとりくんだのは量子電気力学である。この分野では当時、とても面妖な問題が待ち受けていた。
　電子が放出した光子は（波の性質があるので）回折して戻ってきて、もとの電子に吸収されることがある。これを電子の自己相互作用というのだが、困ったことに、従来の「場の量子論」にもとづいてこの自己相互作用を計算すると無限大の発散がおきてしまうのだ。朝永さんは工夫した。
　素粒子はそれぞれ異なった時間の中にいる。そうだとすれば、この事情を逆にいかしてこれらを「多時間」の組み合わせと捉え、電子の質量と電荷の関係に計算式の中での工夫を加えれば、発散がおきないようにできるのではないか。レンズを加工したり組み合わせたりするように、電子の自己相互作用が着ている“衣”を、別の“衣”に着換えさせるようにはできないものか。
　こうして、のちにノーベル賞受賞となった「超多時間理論」と「くりこみ理論」ができたのである。計算はみごとに「思い通り」の結果を示してくれた。ぼくがこの工夫を知ったとき、これは物質界に「席を譲る」と「衣替えをする」というアイディアをもちこんだような気がした。そんなことができる朝永さんは、きっと熟練のテーブル・マジシャンのような科学者なのだろうと思った。が、これが大ちがいだったのである。
　
　朝永さんには１度だけ会ったことがある。工作舎で十川治江とともに「日本の科学精神」というシリーズを刊行しようとしていたときで、そのうちの一冊『自然に論理をよむ』の巻末座談会に出席してもらったときのことだ。場所は工作舎の「土星の間」をつかった。統計物理学の伏見康治さん、地球物理学の坪井忠二さんらとともに、朝永さんにも参加してもらった。
　まことに柔和で、ダンディなおじいさんだった。とくにニコニコしているわけではないのに、自分で話をするときも、他人の話を聞いているときも、周囲を溶けさせる親和力のようなものを発散していた。あまりに不思議な感じなので、朝永さんがその場の議論に賛成なのか疑問をもっているのか、まったく読めなかった。
　ぼくも仕事柄いろいろの人と座談会や対談やシンポジウムをしてきたが、めったにこういう人には出会えない。仙人というのではないが、それに近い科学方士のような、あるいは波動関数そのもののような、そんな物理神仙の雰囲気がある。方士とは仙人の手前のタオイストをいう。
　その座談会では、ぼくは“暴言”を吐いた。「物理学以上であったっていいわけです」というものだ。寺田寅彦の物理学についての話題のときで、「隙間を残す」という科学者の態度があってもいいのではないかという話になって、それを朝永さんは「それだと物理学じゃなくなっちゃうんだな」と笑った。で、ぼくがえらそうなことを言ったわけである。そのとき朝永さんは初めてニッコリと笑ったのだ。たったこれだけで、ぼくは包まれてしまっていた。まったく若気の至りであった。
　
　量子力学に入門するときに、理学部物理学科の学生は大きな選択を迫られる。ディラックの教科書でいくか、トモナガの教科書でいくかという選択だ。
　ディラックでいくのは才能を鍛えたい技術派である。トモナガを選ぶのは部分の組み立てに酔える美学派といってよい。ぼくはもともとが編集的世界観派なので、どちらもちらちら覗いて遊ばせてもらった。
　しかし、右に紹介した朝永振一郎感覚を実感したうえで、あらためてトモナガ量子力学の感想をいうと、やはりあの本には科学方士がいたようにおもわれる。実際、朝永振一郎の本は、何度かにわたってぼくを心地よい振動に導いてくれたのだった。
　『量子力学Ⅰ』（東西出版社→みすず書房）はしがみつくような対象だったから、心地よいといえる実力に欠けていたぼくにはけっこう難解なものだったけれど、『物理学読本』（学芸社）は全身でシャワーを浴びるような快感に富んでいたし、有名な量子の二重性をあつかった「光子の裁判」をふくむ『鏡のなかの世界』（みすず書房）、『鏡の中の物理学』（講談社学術文庫）では、それこそ物理学独特の思惟の進み方の醍醐味を味わわせてもらった。「光子の裁判」は光子を光子さんに見立てて、量子の動向をサスペンスっぽく綴ったものである。
　ただ、このような本に夢中になったのは、ぼくの“原子物理学時代”ともいうべき１９６０年代後半からの７、８年間ほどだった。その後は、物理学よりも生物学に興味が移っていたため、トモナガ本ともだんだん縁が薄くなっていた。それが１９７９年に岩波新書から『物理学とは何だろうか』が出て、久々に読んでみたくなった。
　ぼくは岩波新書の科学書では、ドゥ・ブロイの『物質と光』（いまは岩波文庫）と湯川秀樹の『素粒子』（共著）を、数回にわたって貪り読んだほうなので、トモナガ新書にもおおいに期待した。けれども、どんな事情だったかはおぼえていないのだが、この本は買ったのちにしばらくは放っておいたようにおもう。あらためてこの本に向かったのは、ぼくが工作舎をやめてしばらくたってからのことだった。
　
　本書はトモナガ節を静かに浴びるための本である。読んでもらえばすぐわかるように、朝永振一郎という最高級の科学者は、けっして叙述を飛ばさない。
　ゆっくりと、しっかりと、淡々と、そしてなんともエレガントに科学の推理と実証の歩みを解説してくれる。けっして物理学以上にはしない。ちゃんと物理学のサイズをつくってくれる。それがしかも、ふわりと大きな翼を広げていくのである。いわば、われわれのアタマの中に少しずつ生起しているはずのフィジカル・イメージをまるで計ったかのようにピンセットでつかまえて、それを少しずつ拡張してくれるのだが、その運びがまことにエレガントなのである。

　カルノーの「空気エンジン」というものがある。これは本書がニュートンの法則の意味の解説をおえ、次にワットの蒸気機関の問題から熱力学の黎明にさしかかるくだりで出てくる話題で、そこで朝永さんはカルノーの『火の動力についての省察』を引きながら、カルノーがいったいどのように「最大効率をあげる理想的火力機関」を構想したのか、その構想の手順を案内する。
　このときカルノーは蒸気エンジンのかわりにピストンのついた空気エンジンを構想するのだが、そこで「熱だめ」や「ピストンをじわじわと動かす」という段階が必要になる。朝永さんは、その「熱だめ」「じわじわ」をまことにすばらしい調子で本書の叙述のレベルにもちこんでくるのである。
　ようするに「じわじわ」が科学だよ、物理学だよということを、そのような言葉で説明する。実際には、「じわじわ」とは、ピストンの動きによってガスの状態が状態方程式をできるかぎり満たすようになっていくことをいう。このときピストンは高温の「熱だめ」を意識する。けれどもガス自身はそのことを知ってはいない。ガス自体はその状態を知るわけではない。
　では、どうすれば、このような状態をつくれるか、そこがのちにカルノー機関とよばれて熱力学の偉大な第一歩を示すことになる空気エンジン構想の要点となるのだが、朝永さんはどんな熱力学の教科書よりもエレガントな説得力に富んだ説明で、まるでヒナ鳥にくちばしでエサをやるように、叙述してくれるのである。
　いまのべた例を、べつの言葉でいっておく。どこが朝永振一郎の“芸”なのかということがわかるとおもう。こういうふうにいえるのではないか。「朝永さんの科学には、物質の気分というか、分子や原子がうけもっている情報の分量というものに対する感知があるようだ」というふうに。
　
　本書の圧巻は、なんといっても下巻の後半「熱の分子運動論完成の苦しみ」という１００ページほどの一節にある。ボルツマンの「エルゴード的なるものの工夫」の跡を追った箇所である。
　ここは、朝永さんが人生最後の半年間ほどを病院に通ったり、入院したりしている渦中に仕上げた箇所らしく、最後の叙述は病気悪化のために、残念ながら口述になっている。つまり未完におわっている。しかし、その口述のところがすごいのである。１９７８年１１月２２日の記録というふうになっている。この口述で、朝永さんはこんなことを言う。「ボルツマンが狙ったことは、確率論と力学の関係をはっきりさせたいという、その一点に尽きる、そういうふうに私は見ています」。
　つまり、ボルツマンの熱力学的なアプローチによって、ニュートン力学的な対象とそれを見る人間の側のあいだに確率論をおくことができるようになった、ということだ。これはエルゴード定理の中心にすでに確率論的構造があるという話である。
　ここから朝永さんは、さらにボルツマンと、その後のアインシュタインやマッハの登場との関係を口述する。マッハはボルツマンを論難するが、もしボルツマンが長生きしていたら（ボルツマンは自殺した）、逆にボルツマンが時代をまとめる科学を構築したかもしれないというのである。
　これはボルツマンのことならともかく気になってきたぼくを震撼させた。じーんときたと言ったほうがいいだろう。そのことについては、いつかまた書いてみたい。いまは話がこみいりすぎる。ともかくも、いずれにしても朝永振一郎をいっときも早く読むことだ。日本人の科学者として、日本人が誇りにしたい格別の科学方士なのだから。