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物理学の考え方:モデル化とは何か

1. 複雑な現実を「捨てる」

私たちの住む世界は、縦・横・高さからなる3次元空間です。

野球でボールを投げたとき、その動きは風の影響を受けたり、ボールの回転があったりと、現実の現象は非常に複雑です。

これをそのまま扱おうとすると、情報量が多すぎて本質が見えなくなります。

そこで物理学では、「重要な要素だけを抜き出し、それ以外をあえて無視する」という大胆な手続きを行います。これをモデル化(または理想化)と呼びます。

次元を落として見る(射影)

最も基本的なモデル化の手法は、「見る角度を固定する」ことです。

3次元の運動も、真横から見れば「2次元の平面運動」に見え、さらにある軸に沿って見れば「1次元の直線運動」として扱えるかもしれません。

*(アニメーション指示:3次元空間を飛ぶボールをカメラが回転して真横から捉え、背景の壁に2次元の影(放物線)がくっきりと映し出される映像)*

このように、複雑な現実(3次元)を扱いやすい形式(2次元や1次元)に落とし込むこと。これが物理学の第一歩です。この時、位置を記述するためのモノサシとして座標系(デカルト座標など)を導入します。

物理学において、3次元の現象をあえて2次元や1次元で考える主な理由は何ですか?

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