20 世紀の物理

本講義では隔週ごとに，教室での講義，と実験を行ないます．講義では 現代物理について解説します． 20 世紀の物理は 量子力学 と 相対性理論 という全く新しい 概念を導入し，19 世紀末にあった矛盾を解決しました．他の分野にも 影響を与えたこれらの考え方はおもしろいと思います．本講義ではこれ と共に，20 世紀の物理で大きく変わった宇宙の理解について考えたい と思います．必要になる基礎的な概念は初め数回の講義と必要な時点で 説明しながら以下のようなテーマを中心に講義を進めていきます．
  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で， 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？
実験は通常２人１組で行ない，簡単なものばかり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．実験は物理の様々な側面について行い，それを通じて物理が現 実にどのように反映されているか実感が持てます．実験の時間には，実 験の物理的内容，そしてその物理がどのような現象に現れるかも話しま す． 物理の面白さは「なぜ」という問題に答えるところにあります． 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ます． 現代物理の考え方に難しさがあるとすれば，それは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です．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．

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．

実験の教科書： 「物理の実験」 慶應義塾大学日吉物理学教室編
講義の教科書： 特にありません． 参考書 は適宜紹介します．
Lectures:
  1. Basic Physics
    1. The atomistic world
    2. Waves
  2. Quantum Mechanics
    1. Light quantum hypothesis, photoelectric effect and wave particle duality.
    2. Heisenberg's uncertainty principle. Stability of the atom.
    3. Bound states and the discrete spectrum. Tunneling.
  3. Astrophysics and cosmology
    1. What is astrophysics, cosmology? How to measure distances and receding velocity.
    2. Hubble's Law. Big bang cosmology.
    3. Stars and compact objects. (Finished only for Tuesday, Oct 2001)
  4. Relativity
    1. What is relativity. Galileian relativity and special relativity.
Talks related to experiments:
  1. Monte Carlo method. Error analysis. Statistical error.
  2. How to measure the size of molecules. Soap films and surfectants.
  3. Newton's three laws. Predictability and chaos.
  4. Why is the sky blue?
  5. Atomic and molecular force, their origin and electromagnetism. Tribology.
  6. Refraction and the velocity of waves. Fermat's principle.
  7. Energy conservation. Specific heat - what is it?
  8. Metals, insulators and semiconductors. (finished only for Monday)
  9. Elasticity. Young's modulus and Poiosson's ratio. (done)
  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.
Home page for Kenichiro AOKI < ken at phys-h.keio.ac.jp>
Last modified: Mon Nov 12 11:49:23 JST 2001