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化学と物理学の関係は、科学哲学において議論の的となっている。物理学と化学はそれぞれ複数の下位分野に分かれており、それぞれ独自の目標を持っているため、この問題は複雑である。主要なテーマは、化学が物理学に「還元」できるかどうか、またどのような意味で還元できるのかということである。[ 1 ] [ 2 ]
物理学と化学はどちらも物質を研究する科学分野ですが、それぞれの研究対象の範囲が異なります。物理学は力、運動、電磁気、素粒子、時空などの現象に焦点を当てていますが、[ 3 ]化学は主に原子や分子の構造と反応に関係しており、必ずしも非バリオン物質を扱うわけではありません。[ 4 ]しかし、流体の挙動、化学反応の熱力学、原子と分子間の磁力、量子化学に関しては、この2つの分野は重複しています。さらに、化学の法則は量子力学の法則に大きく依存しています。[ 5 ]
2 つの科学は、いくつかの点で独立して発展してきたが、20 世紀末にかけてその度合いは小さくなった。多くの分野では大きく重複しており、例えば化学物理学と物理化学は、この 2 つの科学を組み合わせている。一方、材料科学は、この 2 つの科学と工学の要素を組み合わせた学際的な分野である。これは、米国科学・工学・医学アカデミーによって認識されているように、意図的なものであった。[ 6 ]科学をカテゴリーに無理やり押し込もうとすると限界があり、重要な問題に焦点を当てる方が、現在材料科学では一般的なアプローチである。[ 7 ] [ 8 ]
19世紀、ゲオルク・ヴィルヘルム・フリードリヒ・ヘーゲルは、著書『哲学諸科学概論』の中で、物理学と化学をまとめて、力学とは区別して自然科学を分類した。[ 9 ]その後、オーギュスト・コントは、科学の階層構造において、化学は物理学を必要とするため、物理学よりも依存度が高いと分類した。[ 10 ]
1958年、ポール・オッペンハイムとヒラリー・パトナムは、 20世紀には化学が物理学に還元されたという考えを、科学の統一性の証拠として提唱した。[ 11 ]
高分子物理学とソフトマターに関する研究でノーベル物理学賞を受賞したピエール＝ジル・ド・ジェンヌは、 1994年にコントの実証主義を批判し、それがフランスの科学者の間で化学やその他の実用科学に対する軽蔑の源であると指摘した。[ 12 ]
化学と物理学の重なり合いにより、多くの物理学者がノーベル化学賞を受賞しています。マリー・キュリーは、ノーベル物理学賞（1903年）とノーベル化学賞（1911年）の両方を受賞した唯一の科学者として知られています。[ 13 ]原子内部構造を明らかにしたラザフォード散乱実験で知られるアーネスト・ラザフォードは、1908年にノーベル化学賞を受賞したことに驚き、ノーベル晩餐会で次のように述べました。[ 14 ]
私は様々な期間にわたる多くの変化を目の当たりにしてきたが、最も速かったのは、私自身が物理学者から化学者へと一瞬にして変貌を遂げたことだった。
1968年、ラース・オンサーガーは不可逆過程の熱力学でノーベル化学賞を受賞した。受賞の知らせを受けたジャーナリストが電話でオンサーガーの妻に伝えたところ、夫が物理学と化学の両方の分野に貢献していたことから、妻は「物理学で？それとも化学で？」と尋ねた。[ 15 ]
密度汎関数理論の開発により1998年にノーベル化学賞を受賞したウォルター・コーンは、化学の授業を受けたことがないと述べている。[ 16 ]