現代物理学概論 「相対性理論と量子力学」

講義の内容

量子力学なしでは原子の存在は理解できません．光速に近い速度での運 動の分析には特殊相対性理論が必要です．量子力学と相対性理論は古典 物理の矛盾を解決するだけでなく，革命的な概念を導入しました．これ らの概念は我々の直観に反する奇妙なものに感じるかも知れませんが， 理解すればむしろ自然に感じられると思います．

本講義で強調したいのは数式の導出だけではなく，それが何を意味する かの理解です．具体的な物理現象で何が起きているのかを考えながら講 義を進めます．数式を用いた導出とともに，大雑把なオーダーの把握， 直観的な理解，といった面も強調します．実際の物理現象において何が おきているかを理解するには重要な考え方だと思います．

時間の許す限り必要な中学，高校の物理の概念を復習しつつ講義を進め ますが，高校レベルの基礎的な物理は学んでいると仮定します．

学生の皆さんには，判らないところがあれば質問する積極性を期待し たいです．

評価は中間と学期末の 2 度の試験の結果をもとにする予定です．

講義の教科書： 指定しません．

コメント付参考書のリスト

• ファインマン， ファインマン物理学 (岩波)
  これは基礎物理学全体のすばらしい教科書です．物理的な意味につ いて強調していて考えさせられる本です．「問題を解く」ためには すぐには役には立たないかも知れません．講義内容に対応する部分 を読めば洞察が深まることは間違いないでしょう．
• 小沼 通二， 現代物理学 (日本放送出版会)
  現代物理の基礎，応用面のいろいろな側面に関して述べてある．そ れにしては短いので便利だと思います．短いので判らなかっ たり，表面的な理解になるかも知れないのはしょうがありません． そういう場合は他の本で補いましょう．
• 朝永 振一郎， 物理学読本 (みすず書房)
  20 世紀の物理のいろいろな分野について歴史的な経緯を含めて書 いた読み物調の本です．(タイトル通り)
• 表 みのる，新物理学 (慶応義塾出版)
  文化系の学生用の通信教育の教科書です．一般相対性理論を含め， 相対性理論，量子力学などについても平易な言葉で説明されていま す．簡単な式による説明もありますので理科系の 1, 2 年生の学生 にも判りやすくて良いのではないでしょうか？
• 内山龍雄， 相対性理論 (岩波)
  一般相対性理論まで含めてしっかりとした内容でまとめてある教科 書．分量を押さえているので読み通しやすいと思います．
• ランダウ／ジューコフ， 相対性理論入門 (東京図書)
  一般相対性理論まで含めた相対性理論に関して一般向な内容と理系 の学生向の内容の両方を前半と後半に分けて書いた本．相対性理論 とは何かについて知るのには良い本だと思います．
• より詳しく量子力学を学びたい方には標準的な教科書がいくつ かあります．私の知っているものをいくつかあげます．量子力学 の教科書ははいて捨てるほどあります．標準的な内容ですので自 分の好みのスタイルのものを読むと良いと思います．
  • シッフ， 量子力学 (吉岡書店)
    少し古いが一時代を風靡した量子力学の教科書．後半の内 容はかなり進んだものも含まれています．私はこの教科書の 泥臭さが好きです．
  • メシア，量子力学 (東京図書)
    やはり一時代の標準でしょう．シッフよりは新しく，スタ イルもより洗練されています．ちょっときざっぽいかも知 れません．シッフとどちらを選ぶかは好みの問題でしょう．
  • 猪木，河合，量子力学 (講談社)
    1994 年に出た最近の教科書．スタイルはシッ フに近い印象を私は受けます．レベルも似たような感じで 選択されているトピックがモダンだと思います．むしろシッ フより読みやすいのではないでしょうか？ 解答付の問題 を多く用意しているので自習用には適していると思います．

1999年度 日程

• 量子力学
  • 4/16 波の粒子性 - 光電効果 (Photoelectric Effect)
  • 4/30 粒子の波動性 - 2 重スリット実験と不確定性原理． 観測の持つ意味．古典力学と量子力学の差．古典極限．
  • 5/7 現代の原子像 - 古典的原子の不安定性．量子力学的な原子像と原子の大きさ． 波 (波動関数)と粒子の具体的関係．
  • 5/14 Bohr-Sommerfeld 量子化条件の持つ意味と応用．
  • 5/21 トンネル効果．
• 6/4 中間試験 量子力学．
• 相対性理論
  特殊相対性理論
  • 5/28 相対性の意味．Galilei の相対性． Einstein の特殊相対性，Lorentz 変換，
  • 6/11 時間の延び，Twin paradox, Lorentz 収縮，
  • 6/18 Lorentz 変換の導出．速度の合成．因果律．
  • 6/25 運動量の保存．エネルギー = 質量，相対論的力学．
• 一般相対性理論
  • 7/2 一般相対性とは？ 等価原理．
  • 7/9 一般相対性理論的効果の大きさ．
  • 一般相対性理論的効果のある物理現象： 光の曲折，局所的な時間の流れの違い．
  • 潮汐力と等価原理の局所性．
  • black holes.