2020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 | 相対論の物理的意味、数学的形式について学ぶ。相対論的力学、電磁場の共変形式について学ぶ。物理で用いられる微分幾何学の計算に慣れ、一般相対論の概要を知る。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
主に板書による講義形式で行う。 |
| 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。 |
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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
|---|---|
| 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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第4回 | ベクトルとテンソル 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、エネルギー運動量テンソルについて学ぶ。について学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第5回 | 点粒子の相対論的力学 最小作用の原理、オイラーラグランジュ方程式、点粒子に対する相対論的な作用について学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第6回 | 電磁場の共変形式 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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第7回 | 電磁波 ゲージ変換、電磁波、荷電粒子による電磁波の放射、リエナール-ヴィーヘルトポテンシャルについて学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第8回 | 相対論的な流体 相対論的な完全流体、エネルギー運動量テンソル、保存則について学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第9回 | ローレンツ群の表現 回転群、ローレンツ群、スピン、4元ベクトルとスピノールについて学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第10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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第11回 | 多様体と微分形式（１） 多様体、接空間、ベクトルと一形式、微分形式について学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第12回 | 多様体と微分形式（２） 多様体、接空間、ベクトルと一形式、微分形式について学ぶ。 【事前学習】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第13回 | リーマン幾何学とアインシュタイン方程式（１） 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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第14回 | リーマン幾何学とアインシュタイン方程式（２） 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】参考書等の該当する箇所を読んでおく（120分）。 【事後学習】再度、参考書等の該当する箇所を読み、理解を深める（120分）。 |
| 第15回 | 平常試験と解説 |
その他
| 教科書 | |
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| 参考書 |
中野董夫 『相対性理論』 物理入門コース 岩波書店 1984年
内山龍雄 『相対性理論』 物理テキストシリーズ 岩波書店 1987年
シュッツ 『シュッツ相対論入門 I特殊相対論、II一般相対論』 丸善 2010年 第2版
ランダウ・リフシッツ 『場の古典論』 東京図書 1978年
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| 成績評価の方法 及び基準 |
レポート（50％）、理解度確認期間の平常試験（50％）で評価します。 |
| 質問への対応 | 授業中ほか随時対応します。 |
| 研究室又は 連絡先 |
iwamoto.kouichi@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
木曜 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。 |