物理学 「量子力学・宇宙・相対性理論」

1. 量子力学の世界： 原子はなぜ特定の大きさを持つのか？ なぜ安定なのか？ 不確定性原理とは何だろうか？ 粒子と波の二重性とは？
2. 現代の宇宙物像： 宇宙に ``始まり'' はあるのか． 星はなぜ光るのか？ 星の一生とは？ ブラックホールとはどのようなものか？ 我々の宇宙には存在するのか？
3. 特殊相対性理論，一般相対性理論： 「相対性」とは？ 宇宙旅行で年をとらないのは本当だろうか？ なぜ相対性を一般的に 考えると重力の理論なのか？

物理の面白さは「なぜ」という問題に答えるところにあると思います． なぜその理解が正しいと主張できるのか， なぜそのような 現象が起きるのか，そしてなぜそのような理解に至ったののか， といった「なぜ」です．「なぜ」ということを考えることによって一見 不思議に見えるかも知れない現代物理の世界も，むしろ自然に感じられ ると思います．現代物理の考え方はそれまでと大きく異なり，難しいと すればいかに先入観にとらわれずに新しい概念を受け入れられるかとい う点だと思います．書物よりも講義からの方が理解しやすいのではない かと思います．

新しい概念を理解するという面では，文化系の学生であるから不 利ということはありません．高校で物理を学んでいることは前提 としません． 使う数学は中学程度のものです．皆さんには新しいも のにチャレンジする心と質問をする積極性を期待したいです．

隔週ごとに，講義と実験を行ないます．実験は２人１組で行ない，簡単 なものなので恐れることはありません．実験はインフォーマルな参加型 授業なのでむしろ楽しいと思います．講義で課すレポート，実験レポー ト，そして講義と実験の平常点を評価の材料とします．試験はしません． １クラス 60 人程度の人数制限があります．

1. General physics. Consequences of the atomistic view. Evidence of atoms. Microscopic reversibility and macroscopic irreversability. Entropy.
2. Waves. Interference. Diffraction.
3. 6/5,6/6, Quantum Mechanics 1: Photoelectric effect and the light quantum hypothesis. Electron and Young's experiement. Observation and its inevitable effects. Wave particle duality.

1. What is error? Statistical vs. systematic error. Monte Carlo Method.
2. How to measure the size of atoms (or molecules) a la Benjamin Franklin. How does soap work? Surface tension and surfectants.
3. Newton's basic three laws. Gravity as an example and the principle of equivalence. The meaning of the three laws and classical predictability. Chaos.
4. Refraction and the velocity of waves. Fermat's principle and its universality.
5. Colors. Why is the sky blue?
6. Energy conservation. Specific heat - what is it and why is different (or not) for various materials.
7. Atomic force. Its origin and electromagnetism. Tribology.
8. Elasticity. What is it? Young's modulus and Poisson ratio.
9. Metals, insulators and semiconductors.
10. Interference and diffraction. Young's experiment. What are Lasers?
11. Photoelectric effect and light quantum hypothesis.
12. $e/m$ ratio and the discovery of particles.