2024年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 相対論 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 岩本 弘一 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜3 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M23N |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 相対論の基本的な考え方、相対論的力学、電磁場の共変形式について学ぶ。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
第１～１４回は講義を行い、第１５回は平常試験を実施する。 |
| 履修条件 | 力学、電磁気学、微積分、線形代数の基本的な内容を理解していることが望ましい。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | 本授業科目はDP3及びCP3に該当しています。 |
授業計画
| 第1回 | 「特殊相対論誕生の背景」 ガリレイの相対性原理、光の伝播、電磁波とエーテル仮説、マイケルソン-モーリーの実験について学ぶ。 | 【事前学習】参考書等を読んで第１回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１回の授業内容の復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | 「ローレンツ変換」 光速不変の原理、ローレンツ変換、運動する時計の遅れ、ローレンツ収縮、双子のパラドクスについて学ぶ。 | 【事前学習】第１回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第２回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第２回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第3回 | 「同時刻の相対性と因果律」 同時刻の相対性、因果律、世界間隔、計量、ミンコフスキー時空について学ぶ。 | 【事前学習】第２回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第３回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第３回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第4回 | 「ベクトルとテンソル（１）」 4元ベクトル、4元速度、4元加速度、4元運動量、光のドップラー効果、双対ベクトル、テンソルについて学ぶ。 | 【事前学習】第３回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第４回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第４回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第5回 | 「ベクトルとテンソル（２）」 4元ベクトル、4元速度、4元加速度、4元運動量、光のドップラー効果、双対ベクトル、テンソルについて学ぶ。 | 【事前学習】第４回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第５回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第５回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第6回 | 「点粒子の相対論的力学（１）」 点粒子に対する相対論的な作用と運動方程式について学ぶ。 | 【事前学習】第５回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第６回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第６回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第7回 | 「点粒子の相対論的力学（２）」 相対論的粒子の弾性衝突や崩壊について学ぶ。 | 【事前学習】第６回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第７回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第７回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第8回 | 「電磁場の共変形式（１）」 マクスウェル方程式、4元ポテンシャルと場の強さ、電磁場のローレンツ変換について学ぶ。 | 【事前学習】第７回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第８回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第８回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第9回 | 「電磁場の共変形式（２）」 マクスウェル方程式、4元ポテンシャルと場の強さ、電磁場のローレンツ変換について学ぶ。 | 【事前学習】第８回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第９回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第９回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第10回 | 「エネルギー運動量テンソル」 点粒子および電磁場のエネルギー運動量テンソルについて学ぶ。 | 【事前学習】第９回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第１０回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１０回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第11回 | 「ローレンツ群の表現」 ローレンツ群、スピノールについて学ぶ。 | 【事前学習】第１０回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第１１回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１１回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第12回 | 「等価原理と一般相対性原理」 ニュートンの重力理論、等価原理、一般相対性原理について学ぶ。 | 【事前学習】第１１回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第１２回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１２回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第13回 | 「リーマン幾何学とアインシュタイン方程式」 接続、計量、曲率、測地線の式、アインシュタイン方程式について学ぶ。 | 【事前学習】第１２回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第１３回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１３回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第14回 | 「ブラックホール」 シュバルツシルト時空とブラックホールを紹介する。 | 【事前学習】第１３回の授業内容を復習し、参考書等を読んで第１４回の授業内容を予習すること。 【事後学習】第１４回の授業内容を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
| 第15回 | 平常試験、第１～１４回の復習 | 【事前学習】第１～１４回の授業内容を復習し、平常試験にのぞむこと。 【事後学習】試験で解けなかった問題を復習すること。 | 【事前学習】２時間 【事後学習】２時間 |
その他
| 教科書 | |
|---|---|
| 参考書 |
中野董夫 『相対性理論[978-4000298698 ]』 物理入門コース 岩波書店
内山龍雄 『相対性理論[978-4000077484]』 物理テキストシリーズ 岩波書店
ランダウ・リフシッツ 『場の古典論[978-4489011610]』 東京図書
佐藤勝彦 『相対性理論[978-4000299114 ]』 岩波基礎物理シリーズ 岩波書店
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| 成績評価の方法 及び基準 |
平常試験によって評価する。 |
| 質問への対応 | 授業中や授業後、またはメール等で質問をしてください。 |
| 研究室又は 連絡先 |
研究室： 駿河台校舎8号館833F室 メールアドレス： iwamoto.kouichi@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
火曜 駿河台 12:30 ～ 13:00 8号館833F
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| 学生への メッセージ |
講義では概要の説明しかできないため、できれば、参考書を読んだり問題を解いたりして、理解を深めてください。第１１～１４回は特殊相対論の発展的な内容と一般相対論の紹介となっているため、時間がない場合は省略することがあります。 |