物理学とは何を学ぶ学問？学ぶことや就職先を取得を目指せる資格と共に解説

物理学とは何か

物理学とは、自然現象を調査し、自然界の法則や物質の性質を探究する学問です。

例えば、「なぜリンゴは落ちるのか？」「光は粒なのか波なのか？」といった身近な疑問から、宇宙の成り立ちや量子のふるまいまで、スケールの大きなテーマを扱います。

物理学では「理論」と「実験」の両面から研究が進められ、数学的な解析や実験・観測を通じて自然現象の原理を解明していきます。

そのため、物理学の知識は、科学技術の進歩だけでなく、日常生活の多くの側面においても重要な役割を果たしています。

物理学とは何を学ぶ学問？学ぶ内容・学べることを解説

物理学は、下記の分野が相互に関連しながら技術革新を支える学問です。

物理学で学ぶ分野の内容について以下に具体的にまとめていますので、それぞれ見ていきましょう。

力学

力学は物理学の基本的な分野で、物体の運動や力の作用を研究する学問です。微分積分を活用して運動の法則を理解し、物体にかかる力と運動の関係性を探求します。力学で取り扱う内容は、以下のとおりです。

また、力学は古典力学と相対論的力学に大別されます。古典力学はニュートンの運動法則や万有引力の法則を、相対論的力学はアインシュタインの相対性理論を基礎としています。

力学は、日常生活から宇宙空間まで、あらゆるスケールでの物体の運動を説明する基本的な学問といえるでしょう。

電磁気学

電磁気学は、電場と磁場、そしてこれらの場が電荷と電流に与える影響を研究する分野です。

電荷の性質から始まり、電場と磁場の概念、さらにはそれらが統合された電磁場の理論まで、現代社会を支える基礎理論を学びます。電磁気学で扱う分野は、以下のとおりです。

電磁気学は、物理学の中でも特に技術と密接に関連する分野です。電気工学や無線通信・光学など多くの技術分野の基盤となっており、多くの現代技術が支えられています。

これからの技術革新や研究においても、電磁気学の知識はますます重要な役割を果たすことでしょう。

熱力学

熱力学は温度が関与する現象を対象とし、熱の移動やそれに伴う仕事を議論する学問分野です。温度や圧力・体積といった物理量の関係性を理解し、エネルギーの変換や移動のメカニズムを解明します。

物質の熱的挙動やエネルギー効率を理解するのに必要な学問分野で、具体的には以下の内容を扱います。

熱力学は、エネルギー変換と物質の熱的性質を理解するために必要な学問分野です。エンジンや冷凍機などの熱機関の設計から化学反応の進行・宇宙の熱的な振る舞いまで、幅広い現象の説明に応用されています。

未来の技術革新においても、熱力学の知識は重要な役割を果たし続けることでしょう。

量子力学

量子力学は、原子や分子そしてそれ以下のスケールでの微視的な物理現象を記述する理論です。物質の本質的な性質を理解し、半導体技術や量子コンピュータなどの現代技術に応用されます。

具体的には、以下の内容を扱います。

量子力学は、微視的なスケールでの物理現象を理解するための強力な理論です。波動関数やシュレディンガー方程式・不確定性原理などの基本概念を通じて、物質の本質的な性質を明らかにします。

半導体技術や量子コンピュータ・量子通信などの最先端技術が実現する過程において、量子力学の功績は計り知れません。

統計力学

統計力学は、力学系の微視的な物理法則をもとに、確率論の手法を用いて巨視的な性質を導き出すことを目的とする分野です。言い替えると、個々の粒子の運動から巨視的な熱力学的性質を導き出すことを目指します。

統計力学で取り扱う内容は、以下のとおりです。

統計力学は、化学反応や材料の特性・生物学的現象など、多岐にわたる分野で重要な役割を果たしています。未来の研究と技術開発においても、統計力学の知識は欠かせないものとなるでしょう。

​​宇宙物理学

宇宙物理学とは、宇宙のさまざまな現象を物理学の観点から研究する分野です。天文学や重力波天文学の観点から、次のような研究をします。

• 星や銀河、ブラックホールなどの天体の性質や形成・進化
• 宇宙の誕生や歴史、宇宙論
• 宇宙の構造や形、宇宙を取り巻く物理法則
• 宇宙のエネルギーや物質、ダークマター（暗黒物質）やダークエネルギー
• 重力波の観測と理論の体系化
• 星間物質や星間ガスの物理現象
  

宇宙物理学の研究では、望遠鏡や衛星などによる天文観測を行い、理論モデルを構築したり検証したりします。

また、宇宙物理学は国際的に研究が進められている分野のひとつであり、素粒子、物性、生物といった他の物理学分野や化学、情報科学と連携した研究が進められています。

​​物性物理学

物性物理学では、原子や分子の構成要素が膨大に凝集した物質系を研究対象としています。

個々の原子や分子の世界を支配している法則だけではとらえきれない多彩な物理現象を観測し、固有な基本法則や基本概念を探究する学問分野です。

現代のハイテクノロジーは物性物理学で得られた成果を応用したものであり、私たちの生活に大きな影響を与えています。例えば、次のようなものは物性物理学の基礎的研究を元に生み出されました。

• 超高速光通信
• スーパーコンピューター
• 環境保護型新素材

このように、物質の成り立ちや現象、機能などを量子力学や電磁気学や統計力学などの物理的考え方や手法に立脚して研究するのが物性物理学です。

​​相対性理論

​相対性理論とは、アルバート・アインシュタインが20世紀初頭に提唱した、時間と空間に関する理論です。現代物理学の柱として重要な理論であり、主な内容は次のとおりです。

• 1秒や1メートルの長さは、立場や状況によって変わる
• 質量とエネルギーは同じものである
• 重力で光が曲がる
• 重力は時空のゆがみから生まれる
• 動いていると時間の進み方が遅れる
• 動いている方向の空間は縮んで見える
  

​​相対性理論により光の謎が解き明かされ、電磁気学の理論体系がより発展しました。また、宇宙や巨大天体の構造と力学的挙動についての新たな理解がもたらされ、​​宇宙物理学の発展にも繋がりました。

このように、​​相対性理論は物理学の様々な分野の発展の礎になっており、量子力学とともに現代物理学の基礎を成す理論体系となっています。

物理学を学べる主な学部・学科

物理学は、理学部・物理学科や工学部・応用物理学科などで学べます。

理学部で学ぶ物理学は自然現象の理論を解明することを目的としており、工学部で学ぶ物理学はモノづくりに役立つ技術を学ぶことを目的としています。

理学部で学ぶ物理学と工学部で学ぶ物理学の違いは次のとおりです。

このように、理学部では自然現象を理論的に解明して証明することを目的としている一方、工学部では既にある理論や科学技術を応用し、いかに実社会に役立てていくかを研究しています。

物理学を学べる大学の例

物理学がある大学の具体例は、以下の通りです。

• 筑波大学理工学群物理学類
• 日本大学文理学部物理学科
• 東海大学理学部物理学科

それぞれ見ていきましょう。

筑波大学 理工学群 物理学類

筑波大学の物理学類では、物理学の基礎を徹底的に学びつつ、現代物理学の広範な知識と実践的なスキルを習得できます。1年次から4年次までのカリキュラムは、基礎から応用まで体系的に構成されています。

加えて、最先端の研究にも触れる機会があるのが特徴です。筑波大学の物理学類のカリキュラムには、以下のような特徴があります。

• 力学や電磁気学から量子力学・統計力学まで、物理学の全分野を網羅した教育
• 教員の多くが研究センターに所属し、学生は最新の研究に参加する機会が豊富
• 実験データの取り扱いや解析方法を学ぶ「物理学実験」科目を通じて、実践的なスキルを養成

筑波大学理工学群物理学類は、物理学の基礎から応用まで幅広く学びたい人や最先端の研究に触れながら学びたい人に向いています。

参照：筑波大学理工学群物理学類

日本大学 文理学部 物理学科

日本大学文理学部の物理学科では、理論物理と実験物理の両方を基礎から先端まで幅広く学べます。カリキュラムの特徴は、以下のとおりです。

• 教員と学生の距離が近く、手厚い指導とサポートが受けられる
• エンジニアや教育者など、多岐にわたるキャリアオプションと就職サポート体制が整っている
• 学生実験を通じて実践的なスキルを磨き、理論物理と実験物理の両方を学ぶ

日本大学文理学部の物理学科は、理論と実験の両方に興味がある人、少人数制の教育で丁寧に学びたい人に適しています。

また、論理的思考や問題解決のスキルに加え、最新のテクノロジーを使いこなす力が身に付くでしょう。

参照：日本大学文理学部物理学科

東海大学 理学部 物理学科

東海大学の物理学科では、物理現象を合理的に説明し理解することを目指し、基礎から最先端までを学べます。東海大学の物理学科のカリキュラムには、以下のような特徴があります。

• 体系的なカリキュラムで物理の基礎から最新トピックまで習得
• 小グループでの実験授業を通じて、物理現象の深い理解と研究技術を習得
• デジタル計測機器やコンピュータを活用した先進的な教育

そのため、物理学の基礎から最先端まで幅広く学びたい人、少人数制の実験授業で深く学びたい人におすすめです。

物事を根本から解き明かす「理学」の精神に基づいた物理学の教育・研究を展開しているのが、本学科の特徴といえるでしょう。

参照：東海大学理学部物理学科

この学問を学ぶことに向いている人の特徴

物理学には、どのような人が向いているのでしょうか。主な特徴は以下の通りです。

• 好奇心が旺盛な人
• 論理的な思考力がある人
• 失敗を恐れない人
• 数学が好きで、数式を使って物事を考えるのが得意な人
• 実験やデータ分析が好きな人
  

それぞれ見ていきましょう。

好奇心が旺盛な人

物理学に向いている人の特徴として、好奇心が旺盛な人が挙げられます。物理学を学習する過程では、未知の現象についての理解を深めることが求められます。

未知の現象を解明するには、新しい発見や理論に対する興味や関心が不可欠です。好奇心が旺盛な人は、未解明の事象についての深い理解を追求するための熱意を持っています。

また、物理学の研究はしばしば予想外の結果をもたらします。予想外の結果に直面したときも、好奇心が旺盛な人は常に新しい視点を持ち、新たな発見へと導けるでしょう。

論理的な思考力がある人

物理学では、自然現象を数式や理論で体系的に説明することが求められるため、論理的な思考力が不可欠です。

物理の研究を進めるには、複雑な問題を段階的に分解し、原因と結果の関係性を明確に把握できる能力が必要です。

また、実験データから法則性を見出したり、理論的な予測を立てたりする際には、筋道立てて現象を分析する力も求められるでしょう。

新しい発見を見出す場面では、既知の概念を組み合わせて解決策を導き出す論理的な思考プロセスが重要な役割を果たします。

論理的思考力は、物理学を探究するうえで大きな強みとなるでしょう。

失敗を恐れない人

失敗を恐れずに挑戦し続けられる人も、物理学に向いています。物理学の研究は試行錯誤の連続です。

理論を構築したうえで実験によってその正しさを検証し、結果が予想と異なれば原因を探し再度理論を修正する作業の繰り返しです。この一連のプロセスを繰り返しながら、真実に近づいていきます。

そのため、物理学に向いている人は、失敗を恐れずに新しいことに挑戦する勇気がある人です。失敗を「新たなスタート」や「進化のためのステップ」と捉えるマインドセットが求められます。

物理学の世界では、一見失敗と思われる結果から新たな発見が生まれることも少なくありません。予想外の実験結果が新たな理論の誕生を促したり、新しい物理現象を発見するきっかけとなったりします。

失敗を恐れずに挑戦し続ける力がある人は、物理学の分野で未知の世界を切り開いていく可能性を秘めているといえるでしょう。

​​数学が好きで、数式を使って物事を考えるのが得意な人

​物理学では、現象を理論やモデルに落とし込む際に数式を用います。そのため、数学が好きで、数式を使って物事を考えるのが得意な人には物理学が向いています。

例えば、力学の運動方程式は微分方程式で成り立っており、微分方程式を解くことで、物体の落下や惑星の軌道など、ありとあらゆる運動を記述できます。

逆に言えば、高校数学が苦手な場合は物理学を学ぶ際に支障をきたす恐れがあります。高校数学が苦手であるにも関わらず、物理学を学びたい場合は早めに苦手意識を克服しておく必要があります。

実験やデータ分析が好きな人

物理学では、様々な実験を通して理論やモデルを実証したり、新たな理論やモデルを構築したりします。そのため、実験やデータ分析が好きな人には物理学が向いています。

大学で物理学を学ぶ際には、授業中に実験を行い、レポートを提出する機会があります。レポートには、実験データを分析した結果をまとめる必要があり、統計解析などが必要になる場合があります。

実験やデータ分析が苦手な場合は、実験を伴う科目で高成績を取るのが難しくなってしまうため、注意が必要です。

物理学を学んだことを活かして取得できる資格

​物理学を学んだことを活かして取得できる資格には次のようなものがあります。

自分が目指すキャリアにおいて上記の資格が有効に活用できそうな場合は、大学の授業と並行して資格試験の勉強を進めると良いでしょう。

物理学を学んだ後の主な進路

物理学を学べる大学を卒業した人は、どのような進路を歩んでいるのでしょうか。主な就職先・職業で挙げられるのは以下の通りです。

• 研究・開発職
• システムエンジニア
• クオンツ

それぞれについて見ていきます。

研究・開発職

物理学の知識を活かして、研究・開発職を選ぶ卒業生も多くいます。

これらの職種では、物理学の基礎知識はもちろん、最新の研究動向を把握するための情報収集能力が求められます。また、自らの研究成果を他者に伝えるプレゼンテーション能力も必要です。

研究・開発職の就職先は、以下のとおりです。

物理学に関連する仕事は、高度な数学的思考能力や論理的な問題解決能力が求められます。

システムエンジニア

物理を学んだ学生は、現代の情報社会を支えるシステムエンジニアという職業でも活躍できます。システムエンジニアは、情報システムの設計や開発・運用を行うプロフェッショナルです。​

物理学の学びから得られる論理的思考力や問題解決力は、システムエンジニアが必要とするスキルに直結しています。

システムエンジニアの仕事では、物理学の知識を用いて、より効率的で高性能なシステムを設計することが求められることがあります。また、量子コンピューティングや人工知能（AI）などの先端技術の領域では、物理学の理論が直接的に活用されています。

卒業後にシステムエンジニアを目指す場合、IT企業やシステム開発企業への就職を考えると良いでしょう。以下に、一例をご紹介します。

大手企業だけでなく、ベンチャー企業や中小企業でも求められる職種で、物理学のバックグラウンドを持つ人材は高く評価されます。

物理学の知識を活かし、世の中のさまざまな課題解決に貢献するシステムエンジニアとして活躍できるでしょう。

クオンツ

物理学の知識を活かした一つの職業として、クオンツがあります。

クオンツは、ヘッジファンドや投資銀行などの金融機関で働くことが一般的です。最近では、テクノロジー企業やデータ分析会社でも需要が高まっています。

また、物理学者がクオンツに転身するケースも少なくありません。​物理学者としての研究経験は、複雑な問題を解決するためのアプローチを身につけるのに役に立ちます。

物理学の知識を活かして高度な問題解決に挑戦したい人には、クオンツという職業は魅力的な選択肢といえるでしょう。

よくある質問とその回答

物理学に興味がある人はどんなことを疑問に思うのでしょうか。ここでは、以下の5つの疑問にお答えしていきます。

• 物理学を学ぶ意義は？役に立つ？
• 物理学と数学の違いは？
• 物理学と化学の違いは？
• 物理学と生物学の違いは？
• 高校生におすすめの物理学を学ぶうえで面白い本は？
  

​それぞれ詳しく見ていきましょう。

物理学を学ぶ意義は？役に立つ？

物理学を学ぶ意義は、多岐に渡ります。まず、物理学は自然現象を理解するための基本的なツールとなります。

「物体がどのように動くか」「光はなぜ屈折するのか」など、日常的な現象を説明するのが物理学です。また、物理学を学ぶことで論理的思考力や問題解決力を鍛えられます。

実験結果から原理を導き出すためには、膨大な情報の中から本質的な事実を見つけ出す力が必要です。問題解決力や論理的思考力は、物理学者だけでなく、エンジニアやプログラマーなど多くの職業で求められるスキルです。

さらに、物理学は科学技術の発展を推進する原動力になっています。たとえば、量子力学の理論がなければ、現代のコンピューターやスマートフォンは存在していません。

以上の点を踏まえると、物理学を学ぶことは大いに役立つといえるでしょう。

物理学と数学の違いは？

物理学と数学は密接に関連していますが、その目的と手法において大きな違いがあります。物理学は自然現象の理解を目指し、実験や観察を通じて理論を検証することを目指す学問です。

一方、数学は抽象的な概念や関係を研究し、厳密な論理と証明を用いて結論を導きます。以下に、物理学と数学の主な違いをまとめました。

歴史的には、19世紀頃まで物理学と数学は密接に関連して発展してきました。現代では、物理学が実験による検証を重視するのに対し、数学は論理的な厳密性を追求するという違いが明確になっています。

物理学と化学の違いは？

物理学と化学は自然科学の分野ですが、その焦点と研究対象が異なります。物理学は基本的な自然の法則と現象の理解を目指し、物質の構造やエネルギーの変換を研究します。

一方、化学は物質の性質・構成・反応を中心に研究し、新しい物質の合成や反応機構の解明を目指す学問です。物理学と化学の違いを以下にまとめました。

化学では物質の特徴や反応過程の理解に重点が置かれ、実験を通じた検証が重要な役割を果たします。ただし、両分野は完全に独立しているわけではなく、量子力学や熱力学など、多くの領域で互いに密接に関連しています。

特に現代では物質の基本的な性質を理解するうえで、物理学と化学両分野の知識が不可欠です。そのため、物理学と化学の境界があいまいになりつつあるという側面もあります。

物理学と生物学の違いは？

物理学と生物学は、異なる側面から自然界を探求する学問です。物理学は自然の基本的な法則を理解し、エネルギーや物質の振る舞いを研究します。

一方、生物学は生命現象を中心に研究し、生物の構造や機能・進化・相互作用を探ります。それぞれの違いを、以下にまとめました。

研究対象の時間スケールにも違いがあり、物理学は宇宙の起源（約130億年前）までさかのぼります。その点、生物学は生命の起源（約40億年前）を主な研究範囲としているのも両者の異なる点です。

近年では、生物物理学という分野が発展し、物理学の手法を用いて生命現象を理解しようとする試みも進んでいます。

物理学と生物学の境界は曖昧になりつつあり、新たな視点から生命の謎に迫る研究が展開されていることも特筆すべきポイントです。

高校生におすすめの物理学を学ぶうえで面白い本は？

物理学を学ぶためのおすすめの本として、以下のような書籍が挙げられます。

興味のある方は紹介した本を読み、物理学への理解を深めてみましょう。

今回の内容のまとめ

物理学は、私たちの身の回りの自然現象から宇宙の神秘まで、あらゆる事象を理論と実験によって解明する学問です。

最後に本ページで解説した中でも、物理学に関する重要なポイントを改めてまとめてみました。

• 物理学とは、自然界の根本的な法則と現象を解明し、それを基にさまざまな技術と応用を発展させる学問である
• 学ぶ内容としては、力学・電磁気学・熱力学・量子力学・統計力学などが挙げられる
• 物理学を学べる大学の卒業後の職業としては、研究・開発職・システムエンジニア・クオンツなどが挙げられる
• 好奇心が旺盛な人・論理的な思考力がある人・失敗を恐れない人に物理学はおすすめ
• あなたの興味や将来のプランに合わせて、大学を選ぶことが大切

好奇心旺盛で失敗を恐れない人は、ぜひ物理学の扉を叩いてみることをおすすめします。本ページを通して、物理学についての全体像を理解する参考になれば幸いです。