相対論

Theory of Relativity

991229F

12PHELE302

松下　恭子

Kyoko Matsushita

2024年度前期

2024 First Semester

火曜3限

Tuesday 3rd Period

理学部第一部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅰ

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

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。

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。

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。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

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。

小テストの実施　Quiz type test

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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

到達度評価試験　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

・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

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
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「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

1 　序論 　　2 　ニュートン力学における相対性　3 　光の伝播と絶対静止系の探求　　4 　特殊相対性原理5    ローレンツ変換6    速度の変換則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 　　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

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