相対論のシラバス情報

科目名称
Course title(Japanese)
相対論 科目番号
Course number
12PHELE302
科目名称(英語)
Course title(English)
Theory of Relativity
授業名称
Class name
相対論
教員名 松下 恭子
Instructor
開講年度学期 2022年度 前期
Year/Semester
曜日時限 火曜3限
Class hours
開講学科
Department
理学部第一部 物理学科
外国語のみの科目
(使用言語)
Course in only foreign
languages (languages)
-
単位
Course credit
2.0 授業の主な実施形態
Main class format
ブレンド型授業/Blended format
概要
Descriptions
相対性理論は、現代物理学の礎をなす、美しい理論である。本講義では、電磁気学とニュートン力学の矛盾的、光速の測定からはじまり、光速度の普遍性、相対性を仮定することにより、特殊相対論的時空の概念やその物理的現象を扱う。さらに、数学的な道具である共変形式を学び、力学、電磁気学を相対論的に理解する。

目的
Objectives
特殊相対論を理解して使えるようになることを目的とする。なぜ、相対性理論が必要とされたか、相対性理論の原理から、どのようにローレンツ変換や物理的帰結が導き出されたか、自然法則の相対論的共変性について学ぶ。
また、電磁気学が相対論を用いることにより自然に記述できることを理解する。

なお、この科目は、物理学科カリキュラム・ポリシー6「現代物理学の基礎となる選択必修科目」であり、物理学科ルーブリックの評価軸3の「専門学力(現代物理学)」に該当する科目である。
到達目標
Outcomes
マックスウェル方程式とニュートン力学の矛盾を理解する。
エーテルの概念と光速度の測定の関係を理解する。
光速度の普遍性を仮定し、ローレンツ変換や時間と空間の変換を計算できるようになる。
時間の遅れや速度の変換などの基本的な計算ができる。
相対論的エネルギーや運動量などについて理解する。
ベクトル、テンソルの簡単な計算ができるようになる。
マックスウェル方程式の相対論的記述を理解できるようになる。
履修上の注意
Course notes prerequisites
本講義は、本講義は物理学科カリキュラムの電磁気学群
http://www.rs.kagu.tus.ac.jp/phmanage/physicsweb/page-11/page-7/page-6/
の中に位置づけられている。他の講義との関連を把握しておくこと。

特に、電磁気学1−3で学ぶマックスウェル方程式や真空中の電磁波についてはよく理解しておくこと。
アクティブ・ラーニング科目
Teaching type(Active Learning)
課題に対する作文
Essay
- 小テストの実施
Quiz type test
ディベート・ディスカッション
Debate/Discussion
- グループワーク
Group work
-
プレゼンテーション
Presentation
- 反転授業
Flipped classroom
-
その他(自由記述)
Other(Describe)
-
準備学習・復習
Preparation and review
予習は必要としないが、次回の授業までに2時間程度きちんと復習して理解しておくこと
成績評価方法
Performance grading
policy
到達度評価試験(対面を予定) 80%
毎週の授業におけるLETUSの課題 20%
[フィードバックの方法]
講義中の演習問題については適時解説を行う
提出された演習問題はLETUSから返却を行う
学修成果の評価
Evaluation of academic
achievement
・S:到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A:到達目標を十分に達成している
・B:到達目標を達成している
・C:到達目標を最低限達成している
・D:到達目標を達成していない
・-:学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S:Achieved outcomes, excellent result
・A:Achieved outcomes, good result
・B:Achieved outcomes
・C:Minimally achieved outcomes
・D:Did not achieve outcomes
・-:Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書
Textbooks/Readings
・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
 
・Search and purchase the necessary textbooks from MyKiTS (textbook sales site) with the link below.
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
参考書・その他資料
Reference and other materials
「相対性理論 (物理入門コース (9))」中野 董夫 岩波書店
「相対性理論入門講義」 風間 洋一 培風館
"Introduction to Electrodynamics" D. J. Griffiths Pearson Education
授業計画
Class plan
1   序論   
講義計画、特殊相対性理論とその証拠
2   ニュートン力学における相対性 
ガリレイ変換とその問題点を理解する   
3   光の伝播と絶対静止系の探求  
光速度の測定実験とその結果を理解する
4   特殊相対性原理
光速度の普遍性の仮定から相対論的時間や長さを導出できる
5 ローレンツ変換
光速度の普遍性からのローレンツ変換を導出できる
6   速度の変換則
ローレンツ変換から速度の変換則について理解し、計算できる
7,8   ミンコフスキーダイアグラム 
    ミンコフスキーダイアグラムを理解し、作図できる
9   相対論的不変性と共変性 I スカラーとベクトル
    共変性の概念を理解し、スカラー、ベクトルの簡単な計算ができる
10  4元速度と4元運動量   
4元ベクトルについて理解し、相対論的速度と運動量について表せる
11 相対論的運動量とエネルギー
     相対論的運動量とエネルギーを理解し、エネルギーと質量の等価性について学ぶ
12  相対論的運動方程式  
    力の定義と相対論的運動方程式を理解し、粒子の崩壊や衝突の計算ができる
13 相対論的電磁気学
電磁気学と相対論の関係を理解する
14  マックウェル理論の相対論的構造  
    マックスウェル方程式のローレンツ変換性、共変的記述を理解する
15  講義の総括、達成度の確認と解説

教職課程
Teacher-training course
本科目は、教育職員免許状取得(教科:理科)に必要な教科に関する科目の「物理学」区分に該当します。
ただし、教科に関する科目区分については、入学年度により異なるため、各自、入学年度または適用となる年度の学修簿により確認をしてください。
実務経験
Practical experience
-
教育用ソフトウェア
Educational software
-
備考
Remarks
991229F
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