質問: 国際単位系における力の単位にもその名を残している、万有引力の法則を発見したイギリスの科学者は誰でしょう?
回答: アイザック・ニュートン

タイトル: 運動 (物理学)
アイザック・ニュートンはフックの考えを精緻化し、万有引力によって天体運動がケプラーの法則に従うことを確かめた。ニュートンは自身の力学原理を著書『自然哲学の数学的諸原理』にまとめた。ニュートンは著書で、慣性の法則を運動の第1法則として、力と運動量の変化の関係を運動の第2法則として、作用反作用の法則を運動の第3法則として要請している。またニュートンは質量と速度の積として運動量を定義した。これらの法則とガリレイの相対性原理を基礎とした力学は今日、ニュートン力学と呼ばれている(古典力学という言葉も稀に使われるが、こちらは非量子論的な力学全般を指し、一般には相対論を含む)。ケプラーやニュートンが導入した遠隔作用による説明は、ガリレイなどの近接作用論者からは否定的に見られた。マイケル・ファラデーは電磁誘導の法則を発見し、また電場と磁場(電界と磁界)という場(界)の概念を導入した。

タイトル: 万有引力
ニュートンによる「万有引力の法則の発見」を“重力の発見”だと解釈してしまう例があるが、これは間違った解釈である。「リンゴが木から落ちるのを見て、ニュートンは万有引力を発見した」などとする単純化された巷に流布している逸話も、この誤解を広める原因になっている可能性がある。ニュートンは「リンゴに働く重力」を発見したわけではない。「リンゴに対して働いている力が、月や惑星に対しても働いているのではないか」と着想したのである。地上では物体に対して地面(地球)に引きよせる方向で外力が働くことは、(ガリレオなどの貢献もあり)ニュートンの時代には理解されていた。

タイトル: ジェームズ・プレスコット・ジュール
ジェームズ・プレスコット・ジュール(英: James Prescott Joule, 1818年12月24日 - 1889年10月11日)はイギリスの物理学者。生涯、大学などの研究職に就くことなく、家業の醸造業を営むかたわら研究を行った。ジュールの法則を発見し、熱の仕事当量の値を明らかにするなど、熱力学の発展に重要な寄与をした。熱量の単位ジュールに、その名をとどめる。

タイトル: キャヴェンディッシュの実験
キャヴェンディッシュの実験(キャヴェンディッシュのじっけん, 英: Cavendish experiment)とは、イギリスの科学者であるヘンリー・キャヴェンディッシュによって1797年から1798年にかけて行われた、実験室内の質量間に働く万有引力の測定と地球の比重の測定を目的とした実験である。なお、本実験は今日の重要な物理定数である万有引力定数と地球の質量の計測を目的としたものではなかったが、後年それらの値が本実験の測定値に基づいて高精度計算されたことはキャヴェンディッシュの直接的な功績ではないものの特筆すべき事項である。この実験方法の原理は1783年より少し前、天文学者ジョン・ミッチェルによって考案されたものであり、キャヴェンディッシュの実験に使用されたねじり天秤装置 (en) は彼が作成したものである。

タイトル: ヘンリー・キャヴェンディッシュ
この気体は1世紀以上あとの1894年、ジョン・ウィリアム・ストラットとウィリアム・ラムゼーによって再確認され、ライナス・ポーリングによってアルゴンと名付けられた。1797から1798年にかけて、いわゆる「キャヴェンディッシュの実験」を行い、地球の比重を測定し、その結果を1798年に発表した。後年の科学者は、この実験の結果と万有引力の法則から万有引力定数が算出できることに気付いた。キャヴェンディッシュ自身は万有引力定数を算出したわけではないが、今日ではこの実験は「地球の密度を測定した」というよりは「万有引力定数を測定した」と捉えられていることが多い。

タイトル: 万有引力
もっとも、第二版に仮説をつくらないと書いたものの、ニュートン自身は実際にはその後、万有引力が起きる仕組みについての検討・考察を行っており、重力というのはエーテルの流れが引き起こしているのかも知れない、とも考察した。すなわち近接作用論に回帰するような仮説立て、推察も行っていたのである。現代の初学者向けの科学史などでは、こうした複雑な経緯がすっかり忘れ去られ美化され、「ニュートンは原因の哲学的な思弁を避け、数的な関係の記述にとどめるという新しい方法論を提唱した」「力学の基礎、ひいては近代科学の考え方の基礎となった」とだけ解説がされていることもある。

タイトル: ロバート・フック
20世紀以降の視点からすると、弾性の法則を最初にアナグラムで発表したという事実が興味深い。これは当時の科学界では珍しいことではなく、ホイヘンスやガリレオ・ガリレイらもアナグラムを使ったことがある。アナグラムは詳細を明かさずに先に発見したことを示す手段だった。1662年、新たに創設された王立協会の実験監督になると、毎週の会合で行う実験をとりしきるようになり、この職を40年間務めることになった。この職にあったことでフックはイギリスだけでなく世界の科学界の中心に位置することになり、同時に他の科学者らとの激しい論争を引き起こす原因にもなった。上述のホイヘンスだけでなく、アイザック・ニュートンやヘンリー・オルデンバーグとの論争がよく知られている。1664年にはグレシャム大学の幾何学教授に任命され、力学の Cutlerian Lecturer にも任命された。

タイトル: アナス・ミラビリス
1666年、当時23歳のアイザック・ニュートンは、この年1年で微積分、運動、光学、重力の分野で画期的な発明・発見をした。その中には万有引力の法則も含まれる。ペストの流行でケンブリッジ大学が閉鎖されたため、ニュートンは自分の理論に取り組む時間を得ることができた。

タイトル: 物理学
地上付近での物体の落下と月の運動を同じ万有引力によるものとしたニュートンの重力の理論は、それまであった惑星の運動に関するケプラーの法則や、ガリレイの落体運動の法則が万有引力の別の側面であることを示した。ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、それまでアンドレ=マリ・アンペールやマイケル・ファラデーらが個別に発見していた電気と磁気の法則が、電磁気という一つの法則にまとめられることを導き、電磁波の存在を理論的に予言し、光が電磁波の一種であることを示した。20世紀に入るとアルベルト・アインシュタインが相対性理論によって、時間と空間に関する認識を一変させた。彼はさらに重力と電磁気力に関する統一場理論の研究に取り組んだが実現しなかった。しかし、その後も統一場理論に関する研究は他の研究者たちによって続けられ、新しく発見された核力も含めて統一しようとする努力が続けられた。

タイトル: ウィリアム・トムソン
1851年、ヴェーバーが国際単位系の電磁気への拡張を提案したとき、トムソンはこれを受けてダニエル電池の起電力やジュールの法則の計算を行い、さらに英国学術協会に電磁気の標準を決定するように働きかけた。1845年、ケンブリッジ大学を卒業したトムソンは、パリのルニョーのもとで実験技術を磨き、同時にクラペイロンの論文を通じてカルノーの研究を知った。トムソンはルニョーの実験結果とカルノーの研究結果を発展させ、1848年に、「温度が物体中のエネルギー総量を表す」という絶対温度の概念を導いた。この単位は後に彼にちなんでケルビン(K)と呼ばれるようになった。また熱素説が残っていた当時、ジュールが発表していた「熱はエネルギーの一形態である」という論文を高く評価し、1851年に「熱を全て仕事にすることはできない(トムソンの原理)」ならカルノーの理論とジュールの法則が矛盾しないということを示した。

タイトル: ヘンリー (単位)
ヘンリー(英: henry、記号:H)は、インダクタンスの単位である。国際単位系 (SI) では組立単位となっている。名称は、アメリカ合衆国の物理学者ジョセフ・ヘンリーから付けられた。ヘンリーは、イギリスのマイケル・ファラデーとほぼ同時期に、それとは独立に電磁誘導を発見した。

タイトル: 重力
ドイツのケプラー (1571 – 1630年)は、重力というのは似たもの同士が引き合う力(引力)であり、この引力は潮の満ち引きという(月の変化の周期と連動する)現象から推察するに、地球と月との間にも作用している、と見なした。ガリレオ・ガリレイ(ユリウス暦1564年 – グレゴリオ暦1642年)は重さと落下の速さとは無関係であることを実験で見出した。オランダのホイヘンス (1629 – 1695年)は1669年から1690年にかけてデカルトの渦動説を検討し精密化した。ライプニッツも渦動説の流れを汲んだ理解をしていた。アイザック・ニュートン (1642 - 1727)は、天体の運動も地上の物体の運動もひとつの原理で説明できる、とする説(万有引力)を『自然哲学の数学的諸原理』で発表した。

タイトル: アンドレ＝マリ・アンペール
アンドレ=マリ・アンペール(André-Marie Ampère, 1775年1月20日 - 1836年6月10日)は、フランスの物理学者、数学者。電磁気学の創始者の一人。アンペールの法則を発見した。電流のSI単位のアンペアはアンペールの名にちなんでいる。

タイトル: キャヴェンディッシュの実験
キャヴェンディッシュは G の値を公表はしなかったが、その実験の結果は G の決定に直接の寄与をもたらすこととなる。1800年代終盤、G を自然界の物理定数のひとつとして認識し始めた科学者たちは、キャヴェンディッシュによる高精度な測定値から次式によって G を計算したのである。キャヴェンディッシュによる地球の密度の値 5.448 g cm を国際単位系に変換して G を求めると、が得られ、これは現代において物理定数として採用されている値 (6.67259 × 10 m kg s) に対して誤差約1%である。

タイトル: 万有引力
この研究成果をケプラーの第3法則を結びつければ、引力は半径の2乗に反比例する、ということはたやすく算出できるようになっていた。ここで、なぜ惑星はケプラーの法則に従って動くのかが論点となった。当時の自然哲学者たちは、ガリレイたちが作り上げてきた、外力が働かなければ地上の物体は等速直線運動をつづけるとする地上の動力学を使うことを考えるようになっていた。ところが、惑星が直線ではなく楕円を描くということは、太陽の方向に働く引力があることを意味する。1679年11月24日、フックからアイザック・ニュートンに「惑星の運動に関する私の仮説について、あなたの意見を学会機関紙に投稿してほしい」という手紙が送られた。フックが意見を求めたのは、楕円運動を作り出す太陽に引き寄せる力、すなわち引力の性質についてである。

タイトル: ジョン・ミッチェル (天文学者)
王立協会のフェローには、ヘンリー・キャヴェンディッシュと同じ1760年に選出された。ミッチェルの業績といわれるものは、人工的な磁化の方法、ねじり天秤の考案(キャヴェンディシュによる万有引力の測定に関するキャヴェンディッシュの実験やクーロンの実験に用いられた)、地震の震源や原因、地球質量の推定や、1760年の彗星の観察、恒星までの距離を推定する方法の提案などである。

タイトル: 万有引力
一般相対性理論の発表当時は、ハッブルによる膨張宇宙の発見前で、アインシュタインは「宇宙は静的で安定している」と考えていた。自身の方程式が、動的な宇宙を予言したため、アインシュタインは万有引力に拮抗する万有斥力があると想定し、重力場の方程式に宇宙項を加えることで、静的な解が存在できるように重力場の方程式を修正した。後に彼は宇宙項について「生涯最大の過ち」と悔いたが、宇宙項のアイデアは現在の宇宙論において、宇宙のインフレーションや宇宙の加速膨張を説明するものとして復活していると言える。素粒子物理学では、自然界に存在する四つの基本的な相互作用のひとつとして、素粒子間に働く重力相互作用とみなされ、重力子(グラヴィトン)という素粒子により媒介するとみなされるが、素粒子としての重力子は現在のところ未発見である。

タイトル: キャヴェンディッシュの実験
キャヴェンディッシュの目的が万有引力定数 G の決定であったと書かれている書籍、をみつけることは容易であるが、同時にこの錯誤は多くの著者によって指摘もされている。実際には地球の密度の測定がキャヴェンディッシュの唯一の目的であり、彼はそれを「weighing the world: 世界 (地球) の計量」と呼んだ。キャヴェンディッシュが地球の密度の計算のために用いた方法の本質は、既知の質量を持つ大鉛球により小鉛球に働く力を計測し、地球により小鉛球に働く力と比較することにある。それにより G を直接的に求める必要なしに大鉛球の N 倍の質量を持つものとして地球の質量が計算できる。重力定数はキャヴェンディッシュの論文では示されず、それが彼の実験の目的とはされていない。本実験に基づいて G を計算した最初の文献のひとつは1873年すなわちキャヴェンディッシュの実験の75年後であった。

タイトル: シャルル・ド・クーロン
この論文では、幾つかの異なる形式のねじれ秤について述べている。クーロンは物体の表面における電荷分布を帯びた2つの小球の間にはたらく引力および斥力を、彼が発明したねじれ秤を用いて実験的に測定し、クーロンの法則を確立した。また、磁気についても同様の法則が成り立つことを明らかにした。 1785年、電磁気に関する3報の論文を発表した。その後も、4報の論文を発表した。イギリスのヘンリー・キャヴェンディッシュ(1731年 - 1810年)もクーロンの法則を独立に発見していたが、生前にその発見を公開していなかったため、発見者の栄誉はクーロンに与えられた。クーロンは電荷間や磁極間に生じる引力および反発力についての法則を論じたが、電気と磁気との間にある関係を見出さなかった。彼は、電気と磁気は、それぞれ異なる種類の流体によって引力や反発力が生じるものと考えていた。

タイトル: シャルル・ド・クーロン
シャルル=オーギュスタン・ド・クーロン(Charles-Augustin de Coulomb、 1736年6月14日 - 1806年8月23日)はフランス・アングレーム出身の物理学者・土木技術者。彼が発明したねじり天秤を用いて帯電した物体間に働く力を測定し、クーロンの法則を発見した。電荷の単位「クーロン」は彼の名にちなむ。

タイトル: 万有引力
ニュートンは、1679年にフックから手紙を送られた当時、光学の研究に忙しく、フックがその5年前に惑星の運動を説明するための仮説を学会に提出していたことも知らなかった。この手紙を見たニュートンは、13年ほど前にウールソープ(ニュートンの家)で試していた地上の重力が月にまで及んでいると想定した計算をやり直すことにした。それは、次のようなものであった。1684年1月のある水曜日、ロンドンのコーヒーハウスにあつまったフック、天文学者エドモンド・ハレー、王立学会会長兼建築家クリストファー・レンは、残る問題となった、逆2乗の引力をもとにして、いかにケプラーの第1法則と第2法則を導くことができるかを話題にした。

タイトル: 万有引力定数
万有引力定数(ばんゆういんりょくていすう)あるいは(ニュートンの)重力定数(じゅうりょくていすう、英: (Newtonian) constant of gravitation)とは、重力相互作用の大きさを表す物理定数である。アイザック・ニュートンの万有引力の法則において導入された。記号は一般に G で表される。ニュートンの万有引力理論において、それぞれ m1、m2 の質量を持つ2つの物体が、距離 r だけ離れて存在しているとき、これらの間に働く万有引力 Fg はF g = G m 1 m 2 r 2 {\displaystyle F_{g}=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}}となる。このときの比例係数 G が万有引力定数である。

タイトル: 磁気回路
この単位はイギリスの医師、自然哲学者のウィリアム・ギルバート(1544–1603)にちなむ。起磁力はアンペールの法則を用いて迅速に計算することができる。例えば長いコイルの起磁力 F {\displaystyle {\mathcal {F}}} はN は巻き数で、Iはコイルの電流である。実際にはこの方程式は現実のインダクタの起磁力に使われ、このときのNは誘導コイルの巻き数である。

タイトル: シェハリオンの実験
しかしこのニュートンの当初の悲観は根拠の無いもので、彼の計算では理想的な3マイル (約4,800m) の高さの山に対する変位角は 2 分以下であり、この角度は大変に微小ではあったものの、その時代の計測機器の能力範囲内であった。ニュートンのアイディアを試す本実験は、ニュートンの万有引力の法則を証明するとともに、地球の質量と密度の推定値を与える。この時代では天体の質量は相対比率しか既知でなかったので、地球の質量の決定は他の惑星、それらの衛星 (月)、そして太陽の質量の有意な値をもたらすこととなる。この時点では実験家たちの目的ではなかったもののこのアイディアには万有引力定数 G の決定という意義もあったが、科学文献での G の値への言及はほぼ100年後まで待たなくてはならなかった。

タイトル: ニュートン (単位)
ニュートン(英: newton、記号: N)は、 国際単位系 (SI)における力の単位。1ニュートンは、1 kgの質量を持つ物体に1 m/sの加速度を生じさせる力である。名称は古典力学で有名なイギリスの物理学者アイザック・ニュートンに因む。誤用であるが習慣的にトルクの単位であるニュートンメートルのメートルを省略し「ニュートン」という場合がある。

タイトル: イギリス
17世紀の科学革命はイングランドとスコットランドが、18世紀の産業革命はイギリスが世界の中心であり、重要な発展に貢献した科学者や技術者を多数輩出している。万有引力や微分積分学のアイザック・ニュートン、進化論のチャールズ・ダーウィン、電磁波のジェームズ・クラーク・マクスウェル、元素論を確立したジョン・ドルトン、さらに、電磁誘導を成功させ発電機を作ったマイケル・ファラデー、また近年ではブラックホールの研究でスティーブン・ホーキングなど、多くの著名な学者が例に挙がる。科学上の重要な発見者には水素のヘンリー・キャヴェンディッシュ、ペニシリンのアレクサンダー・フレミング、DNAのフランシス・クリックがいる。 工学面ではジェームズ・ワットやグラハム・ベルなど。科学の研究・応用は大学の重要な使命であり続け、2004年から5年間にイギリスが発表した科学論文は世界の7%を占める。