科学史ミニ講義（６）電気力学と熱力学はなぜ「力学」なのか
大橋由紀夫
1) はじめに
かつて広重徹は、1823 年のアンペール(André-Marie Ampère, 1775 －1)
1836) の 論 文に言及しながら「Ampère は電磁現象を扱うにあたって、厳密に Newton 力学の方法に従うことを意図した。・・・力学の理論構成にならって電磁理論を組み立てようとしたわけである。・・・かれが自分の理論に与えた電気力学という名前は、文字どおり“電気の力学”を意味するものだったのである。」 2) と書いた。これを読むと、なんとなく分かったような気になってしまうが、それで納得して良いのだ
ろうか。短期連載の最後にあたって、日本語を介して海外の科学史を理解しようとする場合の危険性について考えてみたい。
2) 「力学」にあたるヨーロッパ語「力学」を意味する最も広義のヨー ロ ッ パ 語 は 「 メ カ ニ ク ス 」（ 英mechanics, 仏 mécanique）であり、これは「機械学」を意味するギリシ
ャ語「メーカニカ」（希 μηχανικά, ま3)た μηχανική とも） に由来する。ニュートンも『自然哲学の数学的諸原理』(1687)の序文の冒頭で力学のことを「メーカニカ」（羅 mechanica）と呼んでいる。
一 方 、「 ダ イ ナ ミ ク ス 」 ( 英dynamics, 仏 dynamique)は、横山
雅彦によれば、ライプニッツが 1689年に執筆した草稿での造語（羅4)dynamica）に由来する 。ライプニ

5)

ッツは 1691 年頃の論考 で「死力」についての静力学（仏 statique）と一線を画した「運動の諸法則に関する力学（仏 dynamique）」について
6)論じ、1695 年の論考 で、それまでの機械学（羅 mechanica）はまだ運動が存在しない「死力」の学であったとして、現実の運動と結びついた「活力」について論じ、「新たな学としての力学（羅 dynamica）」を提唱している。
その数十年後に、ダランベールは『百科全書』(1751 － 1772)の項目
7)「[動]力学（仏 dynamique）」 において、[動]力学は、本来、力の学ある い は 運 動 原 因 の 学 （ science despuissances ou causes motrices）であり、ライプニッツの造語であることを述べたうえで、この語が当時非常によく用いられ、「物体の運動の学（ science du movement descorps）」を意味することを述べてい8)る。さらに、「人間知識の系統図」の 中 で 、「 力 学 （ mechanique）」 を「静力学（statique）」（本来の意味での静力学、および流体静力学）と「動力学（dynamique）」（本来の意味での動力学、弾道力学、および流体動力学－水力学、航海術、造船術）に分けている。これにより、フランス語の「ディナミク」という言葉が、当時、「静力学」に対する「動力学」を意味する言葉として定着していたと見てよいであろう。
さらに数十年後、アンペールは

『科学の哲学についての試論』(Essaisur le philosophie des sciences,1834)において、「力」を度外視して「運動」を扱う学問として「スィネマティク」という名称を提唱し、広義の力学（仏 mécanique）を、運動学 （ c i n é m a t i q u e）、 静 力 学（statique）、動力学（dynamique）、分子力学（mécanique moléculaire）
9)の４分野に分けた 。
話はこれでは終わらない。ウィリアム・トムソン（William Thomson,＝ケルヴィン卿 Lord Kelvin, 1824－ 1907）とテイト（Peter GuthrieTait, 1831 － 1901）の有名な教科書『 自 然 哲 学 綱 要 』（ Treatise onNatural Philosophy, 1867）10)の序
文では、アンペールに従って、力を度外視した幾何学的運動論をカイネマティクス（英 kinematics）と呼んだ上で、さらに、ダイナミクス（dynamics）を本来の意味であるべき「力の学」として、それを静力学（statics）と動力学（kinetics）の総称としている。従って、現在では「ダイナミクス」には「動力学」と「力の学(静力学と動力学の総称)」の２種の意味の可能性があり、「動力学」を表すには「ダイナミクス」と「カイネティクス」の２つの流儀があるわけである。
3) 電気力学の場合
さ て 、「 電 気 力 学 」（ 仏électro-dynamique）という言葉はアンペールの造語である。アンペール
1)は 1823 年の論文 において、ニュートン力学に何度も言及しながら電気力学について論じているが、ニュートン力学については「ニュートンの哲学」（philosophie newtonienne）と呼び、運動の法則については「メカ ニ ク の 法 則 」（ lois de lamécanique） な ど と 呼 ん で お り 、 ニュートン力学を呼ぶのにディナミクという言葉は使っていない。ディナミクという言葉は、ほとんど形容詞électro-dynamique の 中 で 使 わ れ ているが、一か所「電気的流体(電流)の デ ィ ナ ミ ク な 状 態 」（ étatdynamique des fluides11)électriques） と い う 表 現 が あ り、
この「ディナミク」は「力学的」というより「動的」という意味合いのように思われる。
実は、アンペールは上記の論文の前年に刊行された『電気力学的諸考
察 集 』 ( Recueil d’ observationsélectro-dynamiques, 1822)12)でも形
容詞 électro-dynamique を多用しており、公刊されたものでは、そのあたりが初出と思われるが、その中の13)
注
で、二つの電流間の相互作用などについて「電磁気的作用」（actionélectro-magnétique） と 言 う よ り「 電 気 力 学 的 作 用 」（ actionélectro-dynamique）と呼ぶのがふさわしく、それはヴォルタ電池からの導線の中を動く電気によるものであり、そしてそれを「静電気的作用」（action électro-statique）と区別すべきであると述べている。これによっ て 、 électro-dynamique は 「 電 気力学」というよりも「動電気学」という意味合いであり、動く電気の概念によって磁気と電気を統合することを意図したものと見ることができる。
なお、電磁気学の大成者であるマクスウェル（James Clerk Maxwell,1831 － 79）は、著書『電気磁気綱要』（A Treatise on Electricity andMagnetism, 1873） 14) において、静電気 学（electrostatics）、(電流に関す る ) 電 気 運 動 学（ electrokinematics）、 磁 気 学（ magnetism）につ いて 論じた後、そ れ ら を 統 合 し て 電 磁 気 学（ electromagnetism） で 締 め くく っている。
結局、エレクトロ・ダイナミクスと電磁気学（英 electromagnetism また は electromagnetics, 仏électromagnétisme）は実質的に同義である。
4) 熱力学の場合
熱力学（英 thermodynamics）は、ウィリアム・トムソン（ケルヴィン卿）が 19 世紀中頃に熱エネルギーと力学的エネルギーの相互変換の学として作った造語である。彼は 1849 年の論文で「完全な熱力学的エンジン（ perfect thermo-dynamic15)engine）」 という言葉を熱的作用から最大限の力学的(メカニカルな)効果を得る機構として用いており、この「熱力学的」という形容詞が公刊されたものでは初出と思われるが、この「ダイナミク」は力学的エネルギー(に相当するもの)を念頭においたものと思われる。
なお、当時「熱の力学的理論」という表現もあったが、これは「熱」は「カロリック」（熱素）という物質ではなくて微小な力学的運動であるとする意味である。ウィリアム・ト16)
ムソンは 1852 年の論文で、ハンフリ・デイヴィがカロリックの存在を否定して、熱は微小運動であることを結論したことを述べ、これを「 熱 の 力 学 的 理 論 」（ 英 dynamicaltheory of heat）の確立とした。また、
ク ラ ウ ジ ウ ス （ Rudolf Clausius,17)1822-88）は、1854 年の論文 から表 題 に 「 力 学 的 な 熱 理 論 」（ 独mechanische Wärmtheorie, 英 訳
mechanical theory of heat）という言葉を使っており、1856 年の論文 18)では、その理論の起源は熱が力学的仕事を作り出すことができるという事実にある、としている。つまり、カロリック説では熱の量は一定量として保存されると考えざるをえないが、しかし、熱を微小な力学的運動であるとする理論によって、熱エネ
ルギーと力学的エネルギーが相互転換することを理解できるわけで、「熱の力学的理論（力学的な熱理論）」は結局、意図するところは「熱力学」と同じであったと見てもよいであろう。
なお、マクスウェルは、著書『熱19)の理論』（Theory of Heat, 1871）の序論において、熱の科学をヒューエルたちは Thermotics と呼んでおり、エネルギーとしての熱の理論はThermodynamics と呼ぶべきであり、同 様 に 熱 平 衡 の 理 論 はThermostatics、熱の移動についての理論は Thermokinematics と呼ぶことができると述べている。
もはや紙数がないが、電磁気学や熱力学の先人たちの原典をさらに熟読しなければならない。概論的講義であっても、探求すべきことは無限にあるというのが最後の結論である。

注と参考文献：1) André-Marie Ampère: “Théoriemathématique des phénomènesélectro-dynamiques uniquement

déduite de l’ expérience” ,Mémoires de l’académie royale
des sciences de l’institut deFrance, 6, 1823, 175-387. (この論文を含めていくつかの Ampère の著作の電子版はインターネット上の“Ampère et l’histoire de l’électricité” を 通 じ て 閲 覧 で きる。)
2) 広重徹『物理学史 II』、培風館、1968、p.17。言うまでもなく本書（全 2 巻）は日本語による物理学史の最高峰であり、私自身も大きな恩恵を受けている。
3) 真作ではないらしいがアリストテレースに帰せられる「機械学」( μηχανικά) が あ る 。 副 島 民 雄 訳「 機 械 学 」、『 ア リ ス ト テ レ ス 全集 』 10、 岩 波 書 店 ( 1969)、pp.159-201 参照。
4) 『ライプニッツ著作集』3、工作舎(1999)、p.491、注 3。（ラテン語原文は、Leibnizens gesammelteWerke, Dritte Folge Mathematik,Sechster Band, ( Leibnizens
mathematische Schriften, Zweite
Abtheilung, Band II) , Halle,
1860, pp.281-514 にある。その原書の映像をインターネット上の“Google books”で閲覧できる。
以下、注記しないが、多くの原書の映像をそこで見ることができる。）
5) 工 作 舎 ・ 同 上 書 、 pp.468-490。
（ フ ラ ン ス 語 原 文 は 同 上 Werke,pp.215-31。）
6) 工 作 舎 ・ 同 上 書 、 pp.491-527。
（ ラ テ ン 語 原 文 は 同 上 Werke,pp.234-54。）
7) ディドロ, ダランベール編（桑原武夫訳編）『百科全書』、岩波文庫(1971 年)、pp.288-294 参照。
8) 同上書、p.372 参照。
9) 1834 年 Paris 刊, pp.50-55。
10) 1867 年 Oxford 刊 1912 年版の全 2 巻 の 復 刻 版 ( Principle ofMechanics and Dynamics) ：Dover Publications, New York,1962, さらに 2003。
11) 注 1)の文献の p.371。
12) 1822, Paris 刊。
13) 同上書、p.200。
14) 全２巻、1873 年 Oxford 刊。1891
年 版 の 復 刻 版 ： DoverPublications, New York, 1954。
15) “An Account of Carnot’s
Theory of the Motive Power ofHeat” , W illiam Th om son ,Mathematical and PhysicalPapers, Vol.1, Cambridge, 1882
(再刊: University of Michigan
University Library, 2010) 所収,p.118。
16) “On the Dynamical Theory ofHeat”, 注 15)の論文集所収, p.174。
17) 1850 年から 1865 年までのクラウジウスの 9 編の熱学についての論 文 は 、 R. Clausius:
Abhandlungen über die
Mechanische Wärmetheorie ,Brauschweig, 1864; 英訳: The
Mechanical Theory of Heat ,London, 1867 に収録されている。
1854 年の論文は第 4 論文。
18) 同上書、第 5 論文。
19) 1871 年刊。1888 年 London and
New York 刊の第 9 版の再刊：
Dover Publications, New York,2001。
（今回で大橋会員による連載を終了します．）