19世紀の科学

19世紀の科学では、職業としての科学が誕生しました。科学者という用語は1833年にウィリアム・ヒューウェルによって造られ、^[3]すぐに（自然）哲学者という古い用語に取って代わりました。

19世紀の最も影響力のあるアイデアの中には、チャールズ・ダーウィンのアイデア（およびアルフレッド・ラッセル・ウォレスの独自の研究）があり、彼は1859年に『種の起源』という本を出版し、自然選択による進化のアイデアを紹介しました。医学と生物学におけるもう1つの重要な画期的な出来事は、病気の細菌説を証明するための成功した取り組みです。これに続いて、ルイ・パスツールは狂犬病の最初のワクチンを作り、結晶の非対称性など化学の分野でも多くの発見をしました。化学では、ドミトリ・メンデレーエフがジョン・ドルトンの原子論に従って、最初の元素周期表を作成しました。物理学では、マイケル・ファラデー、アンドレ・マリー・アンペール、ジェームズ・クラーク・マクスウェル、および彼らと同時代の人々の実験、理論、発見により、科学の新しい分野として電磁気学が生まれました。熱力学により熱が理解され、エネルギーの概念が定義されました。

新しいタイプの放射線の発見と、原子構造と物質の性質の同時解明は、さらに2つのハイライトです。天文学では、海王星が発見されました。数学では、複素数の概念がようやく成熟し、その後の解析理論につながりました。また、超複素数の使用も始まりました。カール・ワイエルシュトラスらは、実変数と複素変数の関数の解析の算術化を行いました。また、ほぼ2000年の期間を経て、ユークリッドの古典的な理論を超える幾何学の新たな進歩が見られました。論理学の数理科学も同様に長い停滞期間の後に革命的な進歩を遂げました。しかし、この時期の科学で最も重要なステップは、電気科学の創始者によって定式化されたアイデアでした。彼らの仕事は物理学の様相を変え、電力、電信、電話、ラジオなどの新しいテクノロジーの誕生を可能にしました。

19世紀を通じて数学はますます抽象化していった。カール・フリードリヒ・ガウス（1777-1855）はこの傾向の典型である。彼は科学への多くの貢献のほかに、複素変数の関数、幾何学、級数の収束に関する革命的な研究を行った。また、代数の基本定理と二次の相互法則の最初の満足のいく証明も与えた。^[4] 1801年に出版された彼の著書『算術論』は、現代の数論の基礎を築いた。^[5]

この世紀には、ユークリッド幾何学の平行線公理が成り立たない2つの形式の非ユークリッド幾何学が発展した。ロシアの数学者ニコライ・イワノビッチ・ロバチェフスキーとライバルのハンガリーの数学者ヤーノシュ・ボヤイは、平行線の一意性が成り立たない双曲幾何学を独立に定義し研究した。 ^[6]この幾何学では、三角形の角度の合計は180°未満になる。楕円幾何学は、 19世紀後半にドイツの数学者ベルンハルト・リーマンによって開発された。楕円幾何学では平行線は見つからず、三角形の角度の合計は180°を超える。^[7]リーマンは、3種類の幾何学を統合し大幅に一般化したリーマン幾何学も開発した。 ^[8]

19世紀には抽象代数学が盛んに始まりました。ドイツのヘルマン・グラスマンはベクトル空間の最初のバージョンを提示し、^[9] アイルランドのウィリアム・ローワン・ハミルトンは非可換代数を考案しました。^[10]イギリスの数学者ジョージ・ブールは、すぐに現在ブール代数と呼ばれる代数に発展する代数を考案しました。ブール代数では、0と1だけが使われます。ブール代数は数理論理学の出発点であり、コンピュータサイエンスにおいて重要な応用があります。^[11]

オーギュスタン＝ルイ・コーシー、ベルンハルト・リーマン、カール・ワイエルシュトラスは、より厳密な形で微積分を再定式化した。^[12]

また、数学の限界が初めて探求された。ノルウェーのニールス・ヘンリク・アーベルとフランスのエヴァリスト・ガロワは、4次以上の多項式方程式を解く一般的な代数的方法は存在しないことを証明した（アーベル・ルフィニの定理）。^[13] 19世紀の他の数学者たちは、定規とコンパスだけでは任意の角度を三等分したり、与えられた立方体の2倍の体積の立方体の側面を作図したり、与えられた円と面積が等しい正方形を作図したりするのには不十分であることを証明する際にこれを利用しました。数学者は古代ギリシャの時代からこれらすべての問題を解こうと無駄な試みを続けてきました。一方、幾何学における3次元の限界は、パラメータ空間と超複素数の考慮を通じて19世紀に克服されました。

19世紀後半、ゲオルク・カントールは集合論の最初の基礎を確立しました。これにより、無限の概念を厳密に扱うことが可能になり、ほぼすべての数学の共通言語となりました。^[14]カントールの集合論と、ペアノ、LEJブラウワー、デイヴィッド・ヒルベルト、バートランド・ラッセル、ANホワイトヘッドによる数理論理学の台頭により、数学の基礎に関する長きにわたる議論が始まりました。

19世紀には、1865年にロンドン数学会、^[15] 1872年にフランス数学会、^[16] 1883年にエディンバラ数学会、^{[17] 1884年に}パレルモ数学会、[ ^18] 1888年にアメリカ数学会など、数多くの国内数学会が設立された。 ^[19]最初の国際的な専門学会である四元数協会は、ベクトル論争を背景に1899年に設立された。^[20]

1800年、アレッサンドロ・ボルタは電池（ボルタ電池として知られる）を発明し、電流の研究方法も改善した。^[21] 1年後、トーマス・ヤングは光の波動性と干渉の原理を実証した。これはオーギュスタン＝ジャン・フレネルの研究によって強力な実験的裏付けを得た。 ^[22 ] 1813年、ピーター・エワートは論文「運動力の尺度について」でエネルギー保存の考えを支持した。^[23] 1820年、ハンス・クリスチャン・エルステッドは電流が流れる導体がその周囲に磁力を生じることを発見し、エルステッドの発見がフランスに伝わってから1週間以内に、アンドレ・マリー・アンペールは2つの平行な電流が互いに力を及ぼすことを発見した。^[24] 1821年、ウィリアム・ハミルトンはハミルトンの特性関数の解析を始めた。^[25] 1821年、マイケル・ファラデーは電気モーターを製作し、^[26]ゲオルク・オームは1826年に電気抵抗の法則を発表し、電気回路における電圧、電流、抵抗の関係を表現しました。^[27] 1年後、植物学者ロバート・ブラウンはブラウン運動を発見しました。これは、水中の花粉粒が液体中の高速で移動する原子や分子の衝突によって運動するというものです。^[28] 1829年、ガスパール・コリオリは仕事（力×距離）と運動エネルギーという用語を今日の意味合いで導入しました。^[29]

1831年、ファラデーは（および独立にジョセフ・ヘンリーは）その逆の効果、すなわち磁気による電位または電流の生成を発見しました。これは電磁誘導として知られています。これら2つの発見は、それぞれ電動機と発電機の基礎となっています。^[30] 1834年、カール・ヤコビは、均一に回転する自己重力楕円体（ヤコビ楕円体）を発見しました。^[31] 1834年、ジョン・ラッセルは、エディンバラ近郊のユニオン運河で減衰しない孤立水波（ソリトン）を観測し、水槽を使用して孤立水波速度の波の振幅と水深への依存性を調べました。^[32] 1835年、ウィリアム・ハミルトンは、ハミルトンの標準運動方程式を発表しました。^[33]同年、ガスパール・コリオリは、水車の機械的効率を理論的に検討し、コリオリの効果を導きました。^[29] 1841年、アマチュア科学者のユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーがエネルギー保存則に関する論文を執筆したが、学術的な訓練を受けていなかったため却下された。^[34] 1842年、クリスティアン・ドップラーがドップラー効果を提唱した。1847年、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツがエネルギー保存則を正式に述べた。^[35] 1851年、レオン・フーコーが巨大な振り子（フーコーの振り子）で地球の自転を示した。^[36]

20 世紀前半には連続体力学において重要な進歩があり、具体的には固体の弾性法則の定式化と流体の ナビエ・ストークス方程式の発見がありました。

19世紀には、熱と機械的エネルギーの関係が、1840年代に熱の機械的当量を測定したジュリアス・ロバート・フォン・マイヤーとジェームズ・プレスコット・ジュールによって定量的に確立された。 ^[37] 1849年、ジュールは一連の実験（外輪実験を含む）の結果を発表し、熱はエネルギーの一形態であることを証明したが、この事実は1850年代に受け入れられた。熱とエネルギーの関係は蒸気機関の発展に重要であり、1824年にはサディ・カルノーの実験的かつ理論的な研究が発表された。^[38]カルノーは、理想化されたエンジンの効率についての議論の中で、熱力学のいくつかの考えをとらえている。サディ・カルノーの研究は、ウィリアム・トムソン（後にケルビン卿として知られる）とルドルフ・クラウジウスによって1850年頃に述べられた、エネルギー保存の法則を言い換えた熱力学第一法則の定式化の基礎となった。 1848年に絶対零度の概念を気体からすべての物質に拡張したケルビン卿は、ラザール・カルノー、サディ・カルノー、エミール・クラペイロンの工学理論、およびジェームズ・プレスコット・ジュールの機械的、化学的、熱的、電気的作業形態の互換性に関する実験を参考にして、第一法則を定式化した。^[39]

ケルビンとクラウジウスは熱力学の第二法則も述べたが、これはもともと熱がより冷たい物体からより熱い物体へ自発的に流れるのではないという事実に基づいて定式化された。他の定式化がすぐに続き（例えば、第二法則はトムソンとピーター・ガスリー・テイトの影響力の大きい著作『自然哲学論文』で詳しく説明されている）、特にケルビンはその法則の一般的な意味合いを理解していた。^[40]第二法則は気体が運動する分子で構成されているという考えで、1738年にダニエル・ベルヌーイによって詳細に議論されていたが、人気がなくなり、1857年にクラウジウスによって復活させられた。1850年、イポリット・フィゾーとレオン・フーコーは水中での光速を測定し、空気中よりも遅いことを発見し、光の波動モデルを支持した。^[41] 1852年、ジュールとトムソンは急速に膨張するガスが冷却することを実証し、後にジュール・トムソン効果またはジュール・ケルビン効果と名付けられました。^[42] ヘルマン・フォン・ヘルムホルツは1854年に宇宙の熱的死の考えを提唱しましたが、 ^{[43]同じ年にクラウジウスは}dQ/T（クラウジウスの定理）の重要性を確立しました（ただし、彼はまだその量に名前を付けていませんでした）。^[44]

1859年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは分子速度の分布法則を発見した。マクスウェルは、電場と磁場は発生源から光と同じ速度で伝播すること、また光は数種類の電磁波のうちの1つであり、他のものとは周波数と波長のみが異なることを示した。1859年、マクスウェルは気体分子の速度分布の数学的解明に成功した。^[45]マクスウェルが電磁場について研究した頃には光の波動理論は広く受け入れられており、その後、光の研究と電気と磁気の研究は密接に関連した。1864年、ジェームズ・マクスウェルは電磁場の力学理論に関する論文を発表し、1873年に出版された「マクスウェルの電気と磁気に関する論文」の中で光は電磁気現象であると述べた。この研究は、カール・フリードリヒ・ガウスやヴィルヘルム・ウェーバーなどのドイツの理論家による理論的研究を参考にしたものである。熱を粒子の運動に閉じ込め、ニュートン力学に電磁力を加えることにより、物理的観測に対する非常に強固な理論的根拠が確立されました。^[46]

光は「発光エーテル」を介した波状のエネルギー伝達を表すという予測と、ヘルムホルツの弟子ハインリッヒ・ヘルツによる1888年の電磁放射の検出によるその予測の一見した確認は、物理理論にとって大きな勝利であり、この分野に基づくさらに基本的な理論がすぐに開発される可能性を高めた。マクスウェルの理論の実験的確認はヘルツによって提供され、彼は1886年に電波を生成および検出してその特性を検証し、同時にラジオ、テレビ、その他のデバイスへの応用を予見した。^[47] 1887年、ハインリッヒ・ヘルツは光電効果を発見した。^[48]その後すぐに電磁波の研究が始まり、多くの科学者や発明家がその特性に関する実験を行った。1890年代半ばから後半にかけて、グリエルモ・マルコーニは電波ベースの無線電信システムを開発した^[49]（ラジオの発明を参照）。

原子論は19世紀初頭に化学者ジョン・ドルトンによって再び提唱され、熱力学の法則を説明するためにクラウジウスとジェームズ・クラーク・マクスウェルによって開発された気体の運動論の仮説の1つとなった。^[50]運動論は次にルートヴィヒ・ボルツマン（1844年 - 1906年）とジョサイア・ウィラード・ギブス（1839年 - 1903年）の統計力学につながり、エネルギー（熱を含む）は粒子の速度の尺度であると考えられた。クラウジウスは、これらの粒子の特定の組織状態の統計的尤度をそれらの状態のエネルギーと相互に関連付けて、エネルギーの散逸を、分子構成がますます起こりやすく、ますます無秩序な状態に移行する統計的傾向であると再解釈した（状態の無秩序を説明するために「エントロピー」という用語を作った）。^[51]熱力学第二法則の統計的解釈と絶対的解釈は、数十年にわたって続く論争を引き起こし（「マクスウェルの悪魔」などの議論を生み出した）、20世紀初頭に原子の挙動がしっかりと確立されるまで、決定的に解決されたとは考えられなかった。^[52] 1902年、ジェームズ・ジーンズは、静的でほぼ均質な媒体で重力摂動が成長するために必要な長さのスケールを発見した。

ヴェーラー合成の詳細については、こちらをご覧ください。

1828年、フリードリヒ・ヴェーラーは特定の無機化合物から尿素を合成しました。彼は塩化アンモニウムにシアン酸銀を加えて作ったシアン酸アンモニウムの水溶液をゆっくりと蒸発させることで尿素を合成しました。以前は、植物や動物（一般的にはすべての生物または有機体）によって生成される物質は実験室では生成できず、「生命力」によってのみ生成できると信じられていました。しかし、この尿素の合成により、その概念は変わりました。これはその後の多くの発見につながりました。^[53]

ジョン・ダルトンの詳細はこちら

19 世紀、ジョン・ドルトンは、原子は小さな分割できない粒子であり、それらが一緒になって化合物を形成できるという考えを提唱しました。原子の概念はデモクリトスの考えにまで遡りますが、ジョン・ドルトンは、原子を化学構造の基本的な構成要素として初めて現代的な形で説明しました。ドルトンは、アントワーヌ・ラボアジエとジョセフ・プルーストの著作を研究し、拡張することで、倍数比例の法則 (1803 年に初めて発表) を発展させました。

最終的に発展したドルトンの原子論の主なポイントは次のとおりです。

1. 元素は原子と呼ばれる極めて小さな粒子で構成されています。
2. 特定の元素の原子は、大きさ、質量、その他の特性が同一です。異なる元素の原子は、大きさ、質量、その他の特性が異なります。
3. 原子は分割したり、生成したり、破壊したりすることはできません。
4. 異なる元素の原子が単純な整数比で結合して化合物を形成します。
5. 化学反応では、原子は結合したり、分離したり、再配置されたりします。

これについては周期表の歴史で詳しく見てください。

1869 年、ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフは、現代の周期表の元となる枠組みを作成し、まだ発見されていない元素のための空白を残しました。原子量に従って元素を並べる際、グループに当てはまらない元素が見つかった場合は、並べ替えました。メンデレーエフは、未発見の元素の特性を予測し、アルミニウムに似た特性を持つ元素に「エカアルミニウム」などの名前を付けました。後にエカアルミニウムはガリウムとして発見されました。いくつかの矛盾は残り、ヨウ素やテルルなどの特定の元素の位置は説明できませんでした。

• 1804年: 最初の蒸気機関車が運行を開始。
• 1825年:五大湖と大西洋を結ぶエリー運河が開通。
• 1825年: アルミニウムの最初の分離。
• 1825年：世界初の公共鉄道であるストックトン・アンド・ダーリントン鉄道が開通。
• 1826年:サミュエル・モリーが内燃機関の特許を取得。
• 1829年: 最初の電気モーターが製造される。
• 1837年:電信の特許取得。
• 1841年:リチャード・オーウェンが「恐竜」という言葉を作った
• 1844 年:ボルチモアとワシントンの間に、世界で初めて公的資金で建設された電信線が 5 月 24 日にデモンストレーション メッセージを送信し、電信時代の幕開けを告げました。このメッセージには、「神は何をなさったのか?」と書かれていました (聖書、民数記 23:23)。
• 1849年：安全ピンとガスマスクが発明される。
• 1855年:ベッセマー法により鋼鉄の大量生産が可能に。
• 1856年:ルーマニアに世界初の石油精製所
• 1858年：音声を記録する最初の本格的な装置であるフォノトグラフが発明される。
• 1863年:ロンドン地下鉄の最初の区間が開通。
• 1866年: 1858年の試みに続き、大西洋横断電信ケーブルが成功。
• 1867年：アルフレッド・ノーベルがダイナマイトを発明。
• 1869年: 5月10日にアメリカで初の大陸横断鉄道が完成。
• 1870年:ラスムス・マリング・ハンセンの発明であるハンセン・ライティング・ボールが、初めて市販されたタイプライターとなる。
• 1873年:ブルージーンズと有刺鉄線が発明される。
• 1877年:トーマス・エジソンが蓄音機を発明
• 1878年:コネチカット州ニューヘイブンに最初の商用電話交換機が開設される。
• 1879年:トーマス・エジソンが最初の電球をテストする。
• 1881年:イギリスのゴダルミングに最初の発電所と送電網が建設される。
• 1884年:ハイラム・マキシム卿が初の自走式機関銃を発明。
• 1885年:シンガーが「振動シャトル」の生産を開始。これが最も人気のあるミシンのモデルとなる。
• 1886年:カール・ベンツが初の商用自動車を販売。
• 1888年:ガリレオ・フェラーリスとニコラ・テスラがともに回転磁界誘導モーターのアイデアを提唱。
• 1890年:段ボール箱が発明される。
• 1892年:ジョン・フレーリッヒが初のガソリン駆動トラクターを開発、製造。
• 1894年:カール・エルゼナーがスイスアーミーナイフを発明。
• 1894年: 最初の蓄音機レコード。
• 1895年:ヴィルヘルム・レントゲンがX線を発見。
• 1896年:グリエルモ・マルコーニが初の電波ベース通信システムの特許を申請。

1859年、チャールズ・ダーウィンは『種の起源』を出版し、自然選択による進化の考えを紹介した。オスカー・ヘルトヴィヒは生殖生物学と発生生物学における発見を発表した。1875年に彼は最初の著作を出版し、動物の受胎を正しく記述した最初の人物となった。1885年の後の著作では、核にはヌクレイン（現在は核酸と呼ばれる）が含まれており、これらのヌクレインが遺伝的特徴の伝達に関与していると説明した。

• 1804年:モルヒネが初めて単離される。
• 1842年:麻酔が初めて使用される。
• 1855年:フリードリヒ・ゲードケがコカインを単離。
• 1885年:ルイ・パスツールが狂犬病に感染した犬に14回噛まれた少年のために、狂犬病に対する初のワクチンを開発。
• 1889年：アスピリンの特許取得。

1871 年、ウィリアム・スタンレー・ジェヴォンズとカール・メンガーは独立して研究し、人々は財の追加単位を以前の単位よりも低く評価するという洞察でアダム・スミスの価値のパラドックスを解決しました。1874 年、レオン・ワルラスは独立して同様の洞察に達しました。メンガーの弟子フリードリヒ・フォン・ヴィーザーは、この新しい理論を説明するために「限界効用」という用語を作り出しました。現代のミクロ経済学は、限界革命の洞察の上に構築されています。

• 1871年:限界主義が経済理論に導入される。

• 1821年: ビジネスにおける比較優位がデイヴィッド・リカードによって提唱されました。
• 1824年: フリードリヒ・リストが幼稚産業の保護について説明した。
• 1828年: シャルル・フーリエが経済協同組合理論を提唱した。
• 1874年: ローザンヌ学派のレオン・ワルラスが一般均衡の法則を提唱した。

• 
  カール・フリードリヒ・ガウス
• 
  チャールズ・ダーウィン
• 
  ドミトリ・メンデレーエフ
• 
  ルイ・パスツール、1878年
• 
  マリー・キュリー、1898年頃

19 世紀の重要な科学者のリストには以下が含まれます。