2024年 短期大学部 シラバス - 総合教育科目・補充教育科目
設置情報
| 科目名 | 現代物理学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 一般教育 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 梅津 光一郎 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 木曜6 |
| 校舎 | 船橋 | 時間割CD | N46L |
| クラス | 短大全学科 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 現代における自然科学の探究は、宇宙や星の進化から、材料科学の基礎となる金属・半導体などの物性、原子・分子の振舞い、さらには原子核そして素粒子に至るまで多岐にわたっている。これらの礎となっている学問が相対論と量子論である。この授業では相対論と量子論はどのような学問なのか、それによりこの世界の見え方がどのように変わったのかを、基礎的なアイデアを中心に説明する。また、適宜最先端のトピックスについて解説する。 一般目標（GIO）： 現代物理学の学びを通して、常識や思い込みを取り除き、自然本来の姿を見つめ直す科学的な態度を身に付ける。現代物理学に関する入門的な教科書を独学でも取り組むことができる基礎的素養を身に付ける。 個別行動目標（SBOs）： 相対性理論および量子論の核心となるアイデアを説明することができる。 相対性理論および量子論に関する基本的な物理量を計算することができる。 現代物理学に関するキーワードを自分で調べ、説明することができる。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
「オンデマンド授業」 学習支援システム LMS-V2 Canvas を使用する。 事前に配布した講義ノートを印刷の上，メモを取りながら授業動画を視聴すること。 理解の程度を把握するため、基本事項の確認用の課題・レポート等を適宜課す。 |
| 履修条件 | 履修条件は特にありません。 「物理I」および「物理II」を履修していると理解が深まります。 |
| 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DP1及びCP1に該当しています。 科目ナンバリング:LLiN-112 |
授業計画
| 第1回 | ＜ガイダンス＞授業の進め方、現代物理学とはなにか。 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | ＜相対論１＞慣性系とガリレイの相対性原理 運動の相対性、慣性系、時空図、ガリレイの相対性原理、ガリレイ変換 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第3回 | ＜相対論２＞特殊相対性理論 アインシュタインの相対性原理、マイケルソン・モーリーの実験、時間の遅れとローレンツ収縮 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第4回 | ＜相対論３＞ローレンツ変換 ローレンツ変換の導出、速度変換、アインシュタインの規約 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第5回 | ＜相対論４＞ミンコフスキー時空 時空の計量、マックスウェル方程式 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第6回 | ＜相対論５＞一般相対性理論 アインシュタイン方程式、時空の曲率、ブラックホール | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第7回 | ＜解析力学＞ 最小作用の原理、ラグランジュ方程式、ハミルトニアン | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第8回 | ＜量子論１＞粒子性と波動性 運動量、波束、二重スリットの実験 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第9回 | ＜量子論２＞不確定性関係 ハイゼンベルグの不確定性原理、ケナード・ロバートソンの不確定性関係 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第10回 | ＜量子論３＞シュレディンガー方程式 エネルギー固有値、量子トンネル効果 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第11回 | ＜量子論４＞スピン スピン量子数、ボース粒子、フェルミ粒子、パウリの排他律 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第12回 | ＜量子論５＞局所実在論と量子論 隠れた変数理論、エンタングルメント、ベル不等式、アスペの実験 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第13回 | ＜現代物理学１＞量子コンピューター 量子アルゴリズム、弱測定、量子干渉効果 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第14回 | ＜現代物理学２＞素粒子標準理論 クォーク、レプトン、ゲージ粒子、ヒッグス粒子、場の量子論、ネーターの定理 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
| 第15回 | ＜現代物理学３＞宇宙標準理論 ロバートソン・ウォーカー計量、ハッブル定数、宇宙年齢、宇宙背景放射、ブラックホール熱力学、ホーキング放射 | 【事前学修】授業で取り上げるキーワードについて参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学修】参考書や講義ノートを用いて復習を行う。 | 4時間 【事前学修】120分 【事後学修】120分 |
その他
| 教科書 |
教科書は指定しません。
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| 参考書 |
竹内達 『数式いらず! 見える相対性理論（絶版）』 岩波書店 2005年 第1版
Tatsu Takeuchi, An Illustrated Guide to Relativity (English Edition), Cambridge University Press, 2010, 1 edition
Bernard Schutz 『シュッツ 相対論入門 I 特殊相対論』 丸善出版 2023年 第3版
小玉英雄 『相対性理論』 朝倉物理学選書 朝倉出版 2008年 第1版
筒井泉 『量子力学の反常識と素粒子の自由意志』 岩波科学ライブラリー 岩波書店 2011年 第1版
猪木慶治, 川合光 『基礎量子力学 (KS物理専門書)』 KS物理専門書 講談社 2007年 第1版
参考書に興味のある学生は、まず図書館で借りることをお勧めします。気に入ったら購入を検討してください。「見える相対性理論」は絶版です。同内容を英訳した本もあるので、そちらは購入可能です。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
平常点100%（レポート課題の評価を含む）を考慮して評価します。 提出期限を過ぎた課題提出については減点します。 授業の出席は課題提出をもって出席とします。 課題提出が5分の3に満たない場合は履修放棄として取り扱い，学業成績の査定を行いません。 |
| 質問への対応 | 時間の許す限り対応します。 |
| 研究室又は 連絡先 |
船橋校舎 ９号館2階９２１E研究室 E-Mail: umetsu.koichiro@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
月曜 船橋 12:10 ～ 13:10
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| 学生への メッセージ |
そもそも学ぶこと，学問を究めていくことは楽しく面白いものです。GPSやナノテクノロジーなど現代社会に欠かせない相対論や量子論の世界は、我々の常識に反する驚くべき世界です。常識や思い込みを取り除き，その現象をありのまま見つめ直す科学的な態度を育んでください。 |