火星へ行ける日がきても、テレビ塔の天辺から落ちる紙の行方を 知ることはできないというところに、科学の偉大さと、その限界がある。
--中谷 宇吉郎 (1958): 『科学の方法』、第5章の最後の文。
中学生のとき、わたしはたくさん本を読んだが、だれが書いたものかは気にとめなかった。 そのうちに、一冊の新書本があった。 科学には達成できないこともあるのだと言っている一節が印象に残った。 その後、たぶん高校生のとき、わたしはその本をまた読み、著者の名前を確認した。 その人がほかにも自然科学に関する一般人向けの随筆を書いていることも知った。 著者は科学者にちがいなく、おそらく物理学者に分類されるだろうと思った。 しかし、著者が研究者として何を達成した人なのかを知ったのは、 わたしが大学生になって地球物理を専攻してからだった。
中谷宇吉郎は雪氷学をつくった人のひとりである。 札幌にある北海道大学の物理学教室に属していたその研究室は、 のちに発展して低温科学研究所となった。 この場合「低温」とはヘリウムが液体である温度ではなく、 H2Oが固体である温度を意味する。 中谷の画期的実験は、実験室内で雪の結晶を作ったこと(NAKAYA, 1938)である。 このようにして彼は、雪の結晶の形が それが形成されるところの空気の温度と湿度によってどのように決まるかを示した。 彼の最も有名なことば 「雪は天から送られた手紙である」はこの認識を表わしているのだ。 彼はまた、科学を社会の需要に対して応用することも重視し、 水資源としての積雪の評価にたずさわった。 彼は、物理学についてもまた科学随筆を書くことについても、 寺田寅彦の弟子だった。
ここに引用されている文は、直接に述べられてはいないが (したがって、少年のころのわたしは気づかなかったのだが), 彼が空気中を落ちる雪の結晶の運動を研究した経験に基づいたものである。 彼は、その非決定性を、 大気境界層(大気のうち地面に近い部分)の 乱流(細かいスケールの流体の運動)の性質によって説明する。 その説明は、出版後45年たった今から見ても有効だと思う。
しかし、今の科学者は、同じ概念を説明するのに、 新しい専門用語「カオス」を持ちこむだろう。 この専門的意味でのカオスは、完全な無秩序のことではない。 (確率的ではなく)決定論的であり(複雑ではなく)単純な法則によって 支配されたシステムが、 (そのわりには)不規則な、あるいは複雑なふるまいをするということである。 もっと限定して言うと、 初期条件のわずかな(観測誤差の幅よりも小さいかもしれない)違いが 時間とともに成長して、 (ある時間以後の)予測が事実上無意味になってしまうことである。 カオスの理論のおこりはいくつもある。 そのうち気象学者が最もよく知っているのは、 アメリカ合衆国の理論気象学者エドワード・ローレンツの仕事 (LORENZ 1993 参照)である。 ちょうど中谷がこの本を書いていたころ、 ローレンツは、流体力学の方程式を非常に単純化したものを使った数値実験をしていた。 そして、有効数字とは思われない下の桁の端数を切り捨てることが、 その後の変数の値の時間発展にとって、ときには大きな違いをもたらすことを 見つけたのだ。
われわれは、初期条件さえ与えられればその後のすべてを予測できる 「ラプラスの魔物」を持つことができないことを知っている。
【テレビ塔はこの話に必須のものではない。 しかしそれは、この本が書かれていたときまさに新しいものだった。 そして、札幌のテレビ塔はその大通りに立ち、今も町を代表する目印である。 中谷はその建設現場を見て、塔を実験装置として使いたいと思ったにちがいない。 (わたしは子どものころ、名古屋のテレビ塔をよく知っていた。 その立っているようすは札幌の場合とよく似ているが、 ただ、名古屋では雪がたまにしか降らないという違いがある。 したがって、わたしはこの本を読むまで、 テレビ塔から紙のようなものが落ちてくることを想像したことはなかった。 読んだあとは想像できた。)】