古典力学の概要と物理学的体系

古典力学（こてんりきがく、英: classical mechanics）は、マクロな物質の運動を記述する物理学の体系です。量子力学の出現以前に確立された物理学の領域を指し、日常的なスケールの物体から天体の運動に至るまで、極めて高い精度で現象を予測・説明することが可能です。

物理学的体系と範囲

古典力学は、量子論的な効果が無視できるマクロな系において適用されます。機械工学、土木工学、天体力学など、現代の科学技術の基盤となる多くの分野で不可欠な役割を果たしています。光速に近い速度で運動する物体に対しては特殊相対性理論が、極めて強い重力場においては一般相対性理論が適用されますが、これらも広義の古典物理学の一部として扱われることがあります。

歴史的発展

古典力学の基礎は、17世紀の科学革命期に築かれました。ヨハネス・ケプラーはティコ・ブラーエの観測データに基づき、惑星が楕円軌道を描くことを明らかにしました。同時期、ガリレオ・ガリレイは地上における物体の落下運動を研究し、実験に基づく物理学の先駆けとなりました。

これらの知見を統合し、アイザック・ニュートンは『自然哲学の数学的諸原理（プリンキピア）』において、運動の法則と万有引力の法則を提唱し、力学の体系を完成させました。その後、18世紀から19世紀にかけて、ジョゼフ＝ルイ・ラグランジュやウィリアム・ローワン・ハミルトンらによって、より抽象的かつ一般的な数学的手法である「解析力学」が発展しました。

主要な定式化

古典力学には、主に以下の定式化が存在します。

• ニュートン力学：力と加速度の関係を運動方程式（F=ma）を用いて記述する直感的な手法。
• ラグランジュ力学：エネルギーの概念に基づき、最小作用の原理を用いて運動を記述する手法。
• ハミルトン力学：位置と運動量を独立変数として扱い、相空間における運動として記述する手法。