「ー杉田の熱力学ー新版 熱力学新講」ついに出版！：たぶん世界初の「不可逆変化の熱力学」の教科書！

みなさん、こんにちは。

このところカツサンドの祟りで調子を崩し、なんとか回復することばかりに躍起になっていたからうっかりしていたが、実はこの１年でずっとコツコツと作り続けて来た杉田元宜先生の第二段の本「熱力学新講」の復刻版が完成し、この７月７日に無事出版となった。

むろん、私の遠大なる科学の構想や計画に手をさしのべる大手出版社はなく、相変わらずのオンデマンド出版社の太陽書房からだが、何事も

一創造百盗作

最初の１つが大事である。あとはそれをコピーすればすむだけだから後の人たちは楽になる。

とまあ、そう信じていつも作っているわけですナ。以下のものである。

Amazon：熱力学新講 ‐杉田の熱力学‐

太陽書房：新版 熱力学新講 ‐ 杉田の熱力学 ‐

（私としては、太陽書房経由で注文して頂けるとありがたい。本を注文して本の現物が届いてから郵便振込するというやり方である。）

（写真は、東京帝大物理を卒業した直後の２９歳の頃の杉田博士）

杉田元宜(すぎた・もとよし、1905年8月熊本県八代町生まれ)は東京帝大出身の理論物理学者である。戦前・戦中において熱力学および分子統計力学の研究を行った。特に不可逆変化の熱力学の定式化に関しては、西洋のオンサーガーやプリゴジンなどとは別に独自の研究を行っていた。その成果は『杉田の熱力学』と呼ばれた。

戦争末期以降、杉田は自らの熱力学を生物へ応用する分野に注目し、生命科学の理論的研究に従事する。戦後、日本生物物理学会の発足にあたり、その重要な役を担い、我が国の生物物理研究の国際化に寄与した。晩年はウィーナーのサイバネティックスおよびバイオニクスに集中し、多くの研究論文や著書を公表した。そうした論文の一つはカウフマンの『秩序の起源』にも引用されたが、残念ながら多くの論文が小林理研や一橋大学の論文集に日本語で公表されたため、国内外での知名度が失われる結果となった。しかし、世の流れに70年先んじたその重要性は近年急速に見直されつつある。

本書は、『不可逆変化の熱力学』に関する国内初の教科書である。

目次

第１章　物体の状態
1.1 平衡状態
1.2 状態変数
1.3 物体系の熱平衡
1.4 準静的変化
1.5 完全気体の状態方程式
1.6 気体の分子運動
1.7 Joule の実験およびJoule-Thomson 効果
1.8 実在気体の状態方程式
1.9 完全気体への補正
1.10 状態方程式一般
1 1.11 状態量の変化, 全微分

第２章　熱力学第一法則
2.1 熱の本質
2.2 気体の比熱
2.3 熱と内部エネルギー
2.4 完全気体と熱力学の第一法則
2.5 熱物質観と歴史
2.6 完全気体の比熱
2.7 完全気体のエントロピー
2.8 一般の状態変化
2.9 Carnot のサイクル
2.10 熱機関の歴史と発達
2.11 ポリトロピック変化(Polytropic Change)※
2.12 任意の状態変化および永久運動
2.13 数学的関係および分子論的解釈※

第３章　熱力学第二法則
3.1 Carnot の原理と第二種永久運動
3.2 熱力学の第二法則
3.3 気体の熱力学
3.4 van der Waals の式に従う気体
3.5 熱力学的温度の決め方
3.6 エントロピーの別の導き方※
3.7 熱力学的関係式.
3.8 Clausius の積分※
3.9 一般の物体系の熱力学※
3.10 弾性体の熱力学※
3.11 弾性体の断熱伸張※

第４章　不可逆変化
4.1 不可逆変化とエントロピー
4.2 摩擦および不可逆変化の取り扱い
4.3 有効エネルギーの損失※
4.4 一般の不可逆サイクルと換算熱量
4.5 熱電気の現象
4.6 Joule–Thomson 効果
4.7 圧縮性流体の運動
4.8 Bernoulliの式の一般化（摩擦のない場合)※
4.9 摩擦のある場合※

第5章　状態の変化, 蒸発
5.1 二相平衡
5.2 蒸発
5.3 等圧加圧
5.4 飽和蒸気の性質
5.5 臨界点
5.6 表面張力
5.7 曲面の蒸気圧と過飽和の現象
5.8 沸騰
5.9 混合気体
5.10 拡散および浸透, 混合気体のエントロピー
5.11 希薄溶液の性質
5.12 二相平衡の条件, 沸点上昇および氷点降下
5.13 化学的に均質でない物体系, 第一法則
5.14 第二法則の応用, 質量作用の法則, 親和力
5.15 親和力, Nernst の原理
5.16 平衡条件と熱力学的関数
5.17 相律(Phase Rule)

付録A　数学的取り扱いに関する注意
A.1 関数関係と近似式
A.2 微小変化の取り扱い
A.3 微分係数
A.4 極大および極小
A.5 二つの変数の関数
A.6 全微分
A.7 完全微分および線積分
A.8 陰関数の微分
A.9 変化の経路を考えた時の微分
A.10 変数の変換
A.11 Taylor の級数および同次関数, 極大・極小
A.12 微分方程式
A.13 状態方程式に関する注意

付録B　単位に関する注意
B.1 熱力学における単位
B.2 完全気体の状態方程式と熱力学の法則
B.3 熱力学における重要関係式
B.4 完全気体に関するもの
B.5 van der Waals の式に従う気体
B.6 蒸発に関するもの

付録C　補註

索引

さて、この杉田元宜先生がこの本を執筆なされたのは、戦時中の

１９４２年昭和１７年１０月２５日

のことである。初版２０００部。定価３円５０銭。

次の改訂版が出たのが、終戦後の

１９４８年昭和２３年１０月１０日

のことである。たぶん改訂版も２０００部。定価２５０円。

つまり、初版から数えて

７５年目

の２０１７年、ついに現代語訳として復活で来たのである。オンデマンドで定価３５００円とした。

この杉田先生の熱力学の教科書の何が特徴かというと、現代的な統計力学とはまったく違い、まったく数学に重きが置かれていないということにある。

数式よりは物理の内容が大事だという一貫した立場がとられている。

だから、数式は高校の微積分レベルのものにすぎない。

にもかかわらず、考え方は非常に重厚で、練れている。

中でもなぜ私がわざわざこの古い熱力学の教科書を１年以上もかけて復刻する気になったのか？

といえば、それは

この本が日本初、たぶん世界初の、不可逆過程の熱力学に関する一章を入れた熱力学の教科書だったからである。

我々戦後の物理学者は、不可逆過程の熱力学は、かの１９７７年ノーベル化学賞を受賞したイリヤ・プリゴジンの散逸構造の教科書や現代熱力学が最初だと信じ込まされて来た。

しかしそれは嘘だった。

実は、戦時中に我国の杉田元宜博士が世界初だったのである。

その一章が上の目次にある第四章である。

ここに杉田先生の真骨頂があり、これが戦前戦中、

「杉田の熱力学」

と呼ばれた考え方が披露されているのである。

これは、「仮想熱源」という概念である。

ところで、初版が刷り上がってくると、この「仮想熱源」が「仮装熱源」となっていたようだ。見つけたら仮想に直していただきたい。この点はお許しを。

何ぶん近眼のため、また元の本のコピーが実に解像度が悪く、旧漢字体の解読にも難儀を努めたせいもあり、さらにはいわゆる編集者は私がやっているから、知人友人に細かい所や細かい部分のCheckをしてもらえるわけでもなく、全部私たった一人でやっているので、どうしても気付かないままという面は避け難いからである。

もし不備を見つけた人がいたら、出版社か私に手紙で知らせて欲しい。そうすれば次の刷では改善できるだろう。

さて、この仮想熱源とはどういう考え方か？

むろん、これは現代の我国および世界のどの教科書にも書かれていない考え方である。が、これは、以下のようなアイデアである。

例えば、気体の等温過程という，温度一定のまま熱膨張する場合を考えてみよう。

一見当たり前とも見えるが、気体を膨張させるには、もし熱が外部から入らなれば、膨張できない。さもなくば、むりやり膨張させると断熱膨張となって、温度が下がってしまう。

ところが、温度一定にして一見に何も変化していないようでいて、気体が膨張できるためには、膨張した分の温度低下を補うように、どこかから熱が自然に入って来るのだと考えることができる。さもなくば、温度を一定に保持できない。

このように温度一定のまま見事に気体が膨張できるという場合が理想気体の好都合の場合なのだが、実際にはピストンとシリンダーには摩擦があったり、さまざまな原因による熱の散逸も起こる。

こういう摩擦のある現実的なシステムの場合に、摩擦熱が出て、それがシリンダーを熱くし、その結果再びそれが内部の作業物質である気体を温めてしまう。

こういう熱を「仮想熱源」と考えるのである。

この摩擦のある不可逆変化の熱力学を見事に説明したのが、この第四章である。

さて、杉田先生は、この不可逆変化の熱力学の考え方を元にして、後にそれを統計力学、すなわち分子統計論に拡張していくのである。それが、

「熱力学および分子統計論」（南江堂，１９５７年)

という教科書である。

今後私はこの本を復刻したいと考えて、いまから少しずつLaTeX2eで書き込もうとしているところというわけだ。

昔は良かった。

昔の人は偉かった。

まさにそんな感じのする今日この頃なのである。

ところで、書き忘れるところだったが、この杉田先生は、一時期「帝国海軍機関学校」の講師をされていた。

この「海軍機関学校」といえば、アメリカの海軍アカデミーのような機関のことである。戦前の日本の海軍アカデミーといえば、かの司馬遼太郎の「坂の上の雲」の秋山真之兄弟のいた場所である。

「司馬史観」以上の「ねず史観」１：戦後日本は「しょうゆ組」に乗っ取られたらしい！

海軍大学

したがって、こういうところで、熱力学を教えていたはずなのである。

戦艦長門、戦艦大和、戦艦武蔵、

こういった我国の世界史に残る戦艦の機関士や指揮官たちが、ひょっとしたら杉田先生に熱力学を教えてもらっていたのかもしれないというわけだ。

このあたりは調べたいが、何ぶん資料が無く、本当のところはわからず、推測の域を出ない。

そもそも熱力学は、実学中の実学である。熱力学の豊富な知識無しに、戦艦は動かせない。

しかし、いまでは熱力学は虚学の中の虚学のようになってしまった。

公理論的熱力学

なんていう数学なのか物理なのかも分からないような熱力学も主流派と見なされる時代である。

絵に描いた餅と実際に杵で餅つきをしてできた餅とでは大分質が違うのである。

餅を語るとすれば、やはり物理学者は、実際の餅つきでできた餅を論じたいものである。

ところが、現実には、その差が曖昧となり、絵に描いた餅やら、マンガの餅を論じても何ら変だとは感じない時代になってしまったというわけだ。

いやはや、世も末ですナ。

おまけ：

Amazonはたったの２冊売れただけでこれだ。

一種の営業妨害か、これは？