月刊ポピュラーサイエンス/第12巻/1877年11月号/継続の法則

継続の法則

近代になって知識の詳細が蓄積され、それを原理的に整理することが求められるようになると、思慮深い人々は、孤立し支離滅裂な状態にある多数の事実と理論を、少なくとも部分的には関連づけ、結びつけるのに役立つ何らかの法則を探し求めるようになった。

科学の発展におけるこの重要な段階において、ガリレオは、自然の力の連続的な作用に関するプラトンの思想の価値を初めて認識したのである。彼は、法則の事例を直列に並べることによって、根本的に異なると思われる現象が、実は一つの原因によるものであることを示し、つながりが不明であれば、それを熱心に探すべきであると言ったのである。

しかし、ガリレオは忙しすぎて、連続性の法則の多くの示唆を実行に移すことはできなかった。ライプニッツは、物理理論の検証や断片的な知識の秩序と理解可能性への還元において、この法則を広範囲に適用する最初の人物であった。ライプニッツは、ある状態から別の状態へは、すべての中間状態を通らずに通過するものはないと断言し、それに反する不条理を示すことによって、その命題の真偽を確かめた。もし、時間の経過なしに変化が起こるとすれば、変化したものは同じ瞬間に二つの異なる状態になければならないが、これは明らかに不可能である。

この法則から、例えば、ある瞬間の物体の温度が20度で、別の瞬間に40度であることが分かっている場合、その間のある瞬間に温度が30度であったことは確実である。この法則は非常に単純で、ほとんど公理的であるように見えるが、その事例はしばしば不明瞭であり、普遍的な、あるいは広く作用する法則として受け入れることに多くのためらいを生じさせている。最近発見されたその実例は、実験技術の最も困難な勝利の一つであり、最も洗練された現代の装置の助けを必要とするものであった。

円、楕円、放物線、双曲線のように、図形上の描画が大きく異なる図形が、円錐を分割する平面の傾斜によってもたらされる表面の無意識の修正によって、一体化されることがある。

同様に、力学の分野では、振動する振り子の弧は、連続した衝撃によって徐々に拡大され、円になることがある。回転の部分は完全な回転とは一般的に異なるが、ある弧と他の弧の間に存在するわずかな違いだけで、無限にそれに近づくことができる。

前世紀に出版された物理学の著作には、綿密で正確な調査によって取り除かれた区別がふんだんに盛り込まれている。鉄はかつて磁気を持つ唯一の物質と考えられていたが、今ではすべての金属だけでなく、あらゆる物体がこの極性を持つことが証明されている。同様に、熱と電気に関しても、伝導体と非伝導体が2つの対立するクラスとして分類された。ほとんどの物質は非常によく伝導するか、非常に悪く伝導するので、この性質はまだ実用的に役立つが、伝導力に関してすべての物質を途切れることなく並べることができるという実証の前に、真実を正確に示すものとして道を譲ったのである。熱も電気も、抵抗なく伝達する物質はないが、その抵抗が無限に大きいということはないのである。

透明性は、もはや空気やガラスなどの一部の物質にしか認められないのではなく、普遍的な物質にまで及んでいるのだ。科学は金以外の金属を半透明にすることはできないが、金属カタログのすべての構成要素を通過した光が屈折する度合いを知ることができるのである。この不思議な情報は、実験の限りにおいて真であることが判明している法則、すなわち、反射によって偏光した光線の角度は、屈折した光線の角度と常に90°をなすことを、関係する事例に適用することによって達成されたものである。鉛、銅、その他の物質が反射によって光を偏光させる特定の角度が観測されたので、単純な計算で、光線が金属板を貫通する際にどの程度の偏向を受けるかを知ることができるのです。これは、科学が、万物を結びつける法則の関係を利用し、既知と未知を織り交ぜながら、未開拓と思われる領域をどのように利用しているかを示す一例である。

化学者たちは、以前は正反対の性質を持っていると判断していた酸とアルカリを、今では1つの目録に含めています。金属の電気化学的な配列も同じ順序を採用している。すべての物体を、粘着性、弾力性など、どのような性質のものであれ、連続した目録に入れることが可能であることから、現在では、すべての物質はあらゆる種類の力を受け、保持し、生み出すことができるという見解が受け入れられている。

電気、重力、光、その他すべての力は、現在では、すべての質量を構成する究極の粒子の特定の軌道や平面における運動に言及されている。どのような力であっても、適切な手段によって他の力に変換することができ、そのすべてが一般的な機械的運動に変換されるからである。さて、自然界ではエネルギーの変換が絶え間なく行われており、熱は電気に、電気は光に、光は化学作用になるように、これらの力の発現から別のものに移行する間に、物体がとる中間相があるに違いない。今挙げたような普通の力の形態は、互いにはっきりと区別されているように見えますが、実際には、私たちの比較的無骨な検出・阻止方法では捕捉・阻止できないほど不安定な運動過程によって、変換の際に結合されるに違いないのです。一連の流れの両端は見えても、その間のつながりは見えてこない。

物理学の著作で名前を与えられている運動の種類は、おそらく、無限に大きな数の中の安定した種類に過ぎないのです。ある安定した形から別の形への移行が速いということは、異なる種類の力は互いに無関係な個々の実体であるという、長い間信じられてきた考え方を説明し、言い訳になるかもしれない。

私たちは、一見孤立したように見えるさまざまな力に直面し、それらが無関心に互いの形をとっていることに気づく。そして、それらがどのようにしてそうしているのかはわからないが、私たちの目には見えないがもっと多くのものが存在しているかもしれない一方で、見かけを過大評価する危険性があることがわかるのだ。運動という1つのカテゴリーの下にある力のすべての多様性を理解することは、単なる永続性が、運動の様式の範囲と多様性において、これまで我々の考えに不当に影響を与えてきたことを認めさせるような、これ以上に示唆的な推論をほとんど伴わない。電気の存在は、こすりつけた琥珀の場合を除いて、数世代以内まで疑われませんでした; その力のはかない特性は、生きている最も鋭い自然の研究者の大多数の精査を避けました。

エネルギー保存の高貴な一般化は、多くの価値のある別の事実とヒントを与えます。時計の分銅のように下降する力であろうと、熱のように固定性の高い単純な形であろうと、電気のように儚く容易に変換できるものであろうと、化学的親和性のように複雑で作用の経路が多く、神経や脳の力のように曖昧で一般的な検査手段では到達し得ないものだろうと、あらゆる種類の力が根本的に同一であることを教えてくれているのである。これらのすべては、たとえ運動がその程度と威厳において、本当の親とは別のものであるかのように高められたとしても、機械学の法則の管轄内である。あるいは、比喩を変えるなら、一連の曲がりくねった迷路は、運動の基本法則が目に見えて遵守されている、ある単純な高速道路から明確で連続した小道によって分岐しているのである。

物質の構成とその特性は、連続性の原理を顕著に示している。昔、ウィリアム・ハーシェル卿は一般的な根拠に基づいて、物質の固体、液体、気体の各状態は、互いに気づかないうちに影を落としていることが分かるだろうと予想した。それから20年後、ベルファストのアンドリュース教授の研究によって、この偉大な天文学者の正しさが証明された。彼は最も工夫を凝らした装置を使って、気体から液体への移行過程を簡便に検査できるように留置し、通常の経過では瞬間的と思えるほど突然に合体する。例えば、蝋が溶けるとき、もろい硬さから可塑性へ、そして粘性、液化へと変化するのを見ることができるのだ。このような事実から、ここに非常に簡単に示したように、すべての物質は3つの構成のいずれかをとることができるという確信が生まれました。ファラデーは、それまで永久気体と呼ばれていたもののいくつかを冷気と高圧で液化した。圧力と冷気を作り出す手段の改良によって、将来は間違いなく残りのものを液化することができるだろう。炭素に加えることのできる最大の熱は、炭素を融解させることはできないが、それでも我々の知識の傾向として、炭素が融解することはないだろうと思わせるものがある。

しかし、我々の知識の傾向からすると、石炭が燃えるのはほんの一瞬で、観察するには短すぎるが、液体の状態で存在すると思われがちである。1秒という時間は、地質学的な周期と同じように、100万分の1に完全に分割することができる。

連続性の糸は、実験室で様々なケースで確立されている。化学的結合と機械的混和ほど、決定的に離れている物理的事実はないように思われるが、硫酸と水を一緒に入れると、この2つが表裏一体であることが分かる。これらの液体はあらゆる割合で化学的に結合するが、これは一般に守られている明確な割合の法則とは異なっている。このような通常の法則からの逸脱は、他の複雑な結合の間にも見られ、第一原理が断言すること、すなわち、化学的な力は強烈で機械的な力に過ぎないことを裏付けるものである。

科学の進歩に伴い、光、電気、重力がどのように空間を伝搬するかについて、多くの思索がなされてきた。これはまた古い質問である。「物質はそれがないところで作用することができるのか？ニュートンは、このような考えは考えられないとし、宇宙の太陽と惑星の間の運動の媒介としてエーテルを想像した。この立場はミルによって批判された。ミルは、考えられないということは真実の証明にはならないと言い、いつもの慎重さを欠いたまま、現在生きている著名な思想家で、物質が存在しないところで活動できることを疑う者はほとんどいないと断言している。これまで形而上学に過ぎなかったこの興味深い問題に、最近の研究はどのような光を当てているのだろうか。

太陽大気がその表面から半径の半分以上まで広がっていることがわかった。そのコロナの頂点、水素の上空には、既知のどの物質の光線とも一致しない、単純な緑色の光線を発する膨大な量のガスが存在するのだ。このことから、大気は惑星や太陽に限定されたものではなく、連続的かつ宇宙的なものであり、光運動だけでなく、電気や重力のさらに認識しがたい震動を宇宙の深部を通して我々に伝えるのは、無限に希薄なガスであるかもしれないと考えられてきたのである。

星間エーテルに関する通常の定義は、ミルが主張したような異論にさらされる。すべての運動には時間がかかり、光には測定可能な速度があり、最も激しい種類の化学作用や爆発でさえも瞬間的なものではありません。そうでなければ、媒質がない、あるいは非物質的なものであるという仮説が成り立つかもしれない。さて、ある物体の質量としての重さ、あるいはその粒子の量の多寡は、運動の媒体としての効率と何の関係もない。その逆で、物質はその最終的な部分や総質量が小さく軽くなればなるほど、より迅速に運動を伝えることができ、その運動能力も高くなることがわかります。機械の使用において、小さな車輪はその重量に比例して、大きな車輪よりも多くの運動を収容し伝達することができるというのはよく知られた事実である。その明白な理由は、より高い周速度で駆動することができ、その小さな塊は大きな車輪よりも軸における遠心力による歪みをより少なくするからである。

音は空気より水素の方が4倍近く速く伝わり、圧縮した場合の弾性反動の速さは空気と同程度に好ましい。水素の並外れた化学エネルギーは、より密度の高い気体のそれをはるかに凌駕しており、このことは並行する事実である。

光の速度の二乗が水素の音速を超える（秒速4,000フィート）のと同じくらい、水素よりも薄い気体を想像することができれば、発光媒体のあり方を合理的に提示することができる--その驚くべき粘りは、分子の移動性によって補われるよりもはるかに大きい。したがって、考えられる限り最も繊細なエーテル状の流体は、星から星へのインパルスの伝達において、固体鋼よりもはるかに有用である。宇宙のエーテルは、おそらく気体が液体と同じような関係を保っている。宇宙媒体の物質性または非物質性に関する現在の論争は、賢者が空気の物質性を疑ったそれほど遠くない時代、そして空気以外の気体が存在することが判明したさらに最近の時代を非常に示唆的に思い起こさせるものである。

ここで、太陽の光に含まれる緑色の光線に触発され、この問題に関連するいくつかの推測を紹介することができる。フランスの著名な化学者デュマは、非常に慎重に判断して、すべての原子の重さが水素の重さの正確な倍数であることを証明しようとした。したがって、太陽表面の水素の上にある微小な塊は、我々が一般に知っている最も軽い気体の比重の4分の1であると考えられる。また、そのスペクトルは最も単純であるため、この新しい原子単位は原始物質であり、すべての物質形態の源であると考えられている。この推測は、他の考察によっても支持されないわけではない。4種類の星をその明るさと熱の順に考えると、星が低温になるにつれて、気体の種類がだんだん増えていく。

物理の平面より上の領域では、連続性の法則の美しい事例を数多く観察することができる。冬の窓ガラスを見ると、これまで何の構造もなかったところに、構造的な力が働き始め ているのがわかる。ガラスに息を吹きかけても、顕微鏡で見ても、水分がどのように処理されるのか、明確な方向性を見出すことはできない。しかし、そこから対称的な霜の建築がゆっくりと生まれてくる。溶液から析出したばかりの結晶を取り出し、その角を折って、元の液体に戻すと、その損傷は正確に修復される。

自然界の無機物と有機物の間には、古い隔壁があちこちで取り払われている。アリが分泌するようなギ酸は、その元素を合成して人工的に作られたものであり、以前は純粋な有機物とみなされていた他の製品も同様である。ハックスレー教授は、過去に高度に複雑な化学化合物が、有機生命の最も単純な基礎である原形質と呼ばれる状態に移行したという意見を主張している。自然発生に関する論争は、有機物が無機物の中に含まれ、潜在しているかどうかではなく、その移行を今人為的に行うことができるかどうかということである。

ハエ取り草のように、冒険的な昆虫に接近してその汁を吸う植物は、一般に動物だけのものと思われている力が、植物界のメンバーにも共有されうることを教えてくれる。繊細な植物は、最高級の生命体を特徴づける神経系に非常によく似たものを持っている。不注意に触られると萎縮するだけでなく、クロロフォルムのガスにさらされると萎縮する。同じ方向で、植物には一般に動物の本能と並行していると思われるものがある。地表近くの土の層が異常に豊富で湿っていると、成長中の根粒はほとんどその層に沿って広がるが、そうでない場合は下降していく。地下室や洞窟では、弱々しい芽が、自分たちの生命であると感じているような光に向かって伸びていく。

このことは、壊れた貯水池の水が最短経路で谷に下るように、あるいは放電が意図的に露出した導体を通って無害に地上に向かうように、運動が最小の抵抗を受ける道を取る法則に適合していないだろうか。

特に昆虫の本能は、より高度な知性の領域と境界を接し、時にそれを侵食する。鳥の巣や蝋細工などの形は、厳格に不変なものではなく、常に状況に応じて多かれ少なかれ適応している。蜂の巣にガラス棒が置かれると、小さな働き蜂はそれを避けるために様々なバットレスやアーチを作り出した。

自然史は、最近世界を震撼させた議論において、自然界に明確な境界線を引こうとする作業が、不可能ではないにしても、いかに困難であるかを物語っている。何が真の種を構成するかについての賛否両論は、非常に大きな冊子にまとめられるかもしれませんし、この議論の終わりはまだ来ていません。

種の起源を説明するものとして連続性の原理を肯定する自然主義者の側に立つと、その原理がこれまでに作られた最高の動物学的分類法の基礎となったことで、真実の可能性が強まったのである。

ハクスリー教授とヘッケル教授は ハックスレーとヘッケルは生命の木を描いている。現存する生物のグループ間の大きな隔たりは、化石を利用したり、発生学の示唆を得たりすることによって、かなりの程度埋められる。

生物間に存在する溝は、連続性の原則を最も広範に受け入れる上で最も手ごわい障害となるため、ここでは、遺伝的つながりの多くのリンクが欠けているという事実を説明するために、ライエルや他の人々が行った説明のいくつかを紹介することが許されるかもしれません。潜る、登る、泳ぐ、掘る、あるいは特定の獲物を捕らえる、あるいは特定の植物を見つけ出して生活する、といった習性である。この種の専門知識には自然な見返りがあるが、その見返りは狭い範囲にとどまりがちである。また、新しい専門知識、動物の可能性の新しい分野の開拓、自然の大きな力によって変化した状況への適応、たとえば天文学や地質学の原因によってもたらされた大回転にはさらに大きな見返りがある。移行期には、通常、生物にほとんど眠っている、静止した状況に対する弾力性が、その全能力を発揮するようになる。このようにして、生物に多様性が生まれ、その中間の化石がほとんど発見されなくなったのはなぜか。非常に印象的な化石もいくつか発掘されているが、この程度の論文でそれを説明するのは不当な脱線であろう。

両極端なものが、穏やかで感知できないような変化によって結合されることがあるのは、通常の成長の事実の中によく示されている。ニュートンは一度、2と2が4を作ることを教えられたが、その日から彼の力の頂点に達するまで、知識や洞察力の急激な獲得はなかった。彼は、赤ん坊のような無知から、ヨーロッパで最初の物理哲学者としての完全な体格に至るまで、着実に前進してきたのである。

このことは、物事を静的な面だけでなく動的な面でも見ること、力学を自然の幾何学に劣らず真剣に考えることの至極の重要性を教えている。なぜなら、程度の差は次第に蓄積され、やがて種類の差になるからだ。私たちは、さまざまな不明瞭な要因が発生のプロセスを覆い隠し、微細で注意深い観察者以外が、新しい形を新しいアイデンティティと勘違いする可能性があることを見てきました。通常、極端な性質を持つことが、その性質が一般的であるという事実をいかに隠蔽するか、例えば、磁石のように、磁石はあらゆる質量の誇張された事例に過ぎないということを、私たちは知っています。

変換に要する時間に大きな差があると、ある法則の2つのケースの類似性を混同してしまうことがあることにも気づきました。松の柵が何年もかけて褐変するのは、同じ木が燃料として使われると数分で炭化するのと同じ原因によるものである。また、自然の力の安定性には大きな違いがあることにも注目してきた。熱のように変成が非常に困難なものもあれば、電気のように永続性が非常に弱いものもあり、また、その存在を信じるに足る理由があっても、最も鋭い観察によって発見するにはあまりにも儚いものもある。

また、単純な力が相互作用するときに生じる線が単に複雑なだけでは、本当の原因よりも新しい、より高い原因が作用しているという誤った推測をもたらすことがあるようだ。

そして、事実の領域を離れて推測の領域に入ると、連続性の原理が、化学元素の発生や、天の直径を越えるインパルスの伝達をいかに説明できるかが示された。

これらの事実、可能性、示唆はすべて、連続性が普遍的な法則であること、連続性はあらゆる場所で優勢であり、すべての時代を通じて優勢であったこと、現在の無数の複雑な糸は、考え得る最も単純な物質と運動の状態から紡ぎ出されたもので、それらは初めから均一な法則の規範に従属していた-原始原理の相互作用や相互影響によって、時間とともに複雑化する法則の規範である-という確信をもたらすものである。

連続性の研究は、「今日、我々の注目と賞賛を集める無限の美しい形を、自然はいかにして獲得したのか」という大きな問いに非常に適した多くの結果を提示する。力と生命の島と大陸を結ぶ橋の多くが、面積的にどれほど取るに足らないものであり、作用が一時的であるかを考えると、進化論が提供する解決策に有利な確率ははるかに高くなる。

最も多様な事実と外観の間に伸びている切れ目のないリンク、つまり、ざっと見ただけでは決して発見できないようなリンクを苦心して追跡すると、今あるすべてのものに起源と子孫の共同体を仮定しているその理論には、有利に導くことができる驚くべき証拠が揃っていることがわかる。

自然は、現在私たちの周りで働いているような力の連続的な作用によって現在の状態に至ったということは、非常に広く浸透した信念となっている。ミルは、特殊な法則を一般の法則に含めることを逆に語って、現在科学が問いかけているのは、「認められた場合に、既存の自然の秩序が従うであろう最も少なく最も単純な仮定は何か」ということである、と述べた。