現代科学論 （火５）

Interpretation of modern science （火５）

9960362

L2NATURc22

國分　淳

Jun Kokubun

2025年度前期

2025年度

①First semester

火曜5限

Tuesday 5th period

創域理工学部（一般教養科目）

A course of liberal arts, the Faculty of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

「物理量は実在するのか？」，「客観的な(科学的な)事実は存在するのか？」，「過去は確定しているのか？」，「未来は決まっているのか？」など，常識を覆しかねない根本的な疑問について，現代科学に基づいて考える。アインシュタインは量子力学を批判し，物理量の実在性を主張した。現代科学の基礎である量子力学や「粒子と波動の二重性」とは一体何を意味しているのだろうか？古典物理学と対比し，量子力学（現代物理学）に関わる実験結果（ミクロの物理現象）を中心に紹介しながら，古典物理学には無い不思議な量子現象などについて学び，その性質や特徴について理解する。また，その意味について考察する。古典物理学における因果律，量子力学における不確定性などから，自然科学(物理学)の根本法則が示唆する世界観（科学の解釈）について考える。

大学1年生程度の物理学の知識をもとに，ミクロの世界に特有な現象や法則について学び，その性質を知るとともに，科学への興味をより一層深める。

古典物理学と因果律の位置づけについて理解する。ミクロの世界に特有な現象や法則について学び，その性質を理解する。ミクロの物理現象における粒子と波動の二重性，古典物理学にはなかった物理量の測定問題について理解する。物理量の実在性の有無，科学の根本法則が示唆する世界観（科学の解釈）について考える。

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/​​​

授業中に，LETUSで回答を求めることがあります。

ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion

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各回の授業内容をノートにまとめ，十分に復習すること。プリントや課題を出した場合は，指示に従って勉強すること。

普段のディスカッション，レポート，小テストなどを中心に総合的に評価する。

・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。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

『佐藤文隆先生の量子論』干渉実験・量子もつれ・解釈問題（佐藤文隆 著）講談社

すべての授業を対面で実施する。 

1 回折実験，干渉実験（粒子と波動の二重性）
   光，電子線の単スリット実験，二重スリット実験
   単一電子の実験，光の実験（波の性質を示し，粒子の性質も示す？）
   マクロの物体や物質(流体)の場合との違い

2   マッハ・ツェンダー干渉計
   単一光子の干渉実験
   遅延選択実験（電子や光子は実在しない？）

3 古典物理学のしくみ
   ニュートンの運動方程式，マクスウェル方程式
   古典物理学と因果律（過去が確定しているなら，未来も確定している？）
   古典的粒子と波動，回折と干渉
   波動方程式，波動方程式の解，電磁波
   波の基本式（正弦波の式），平面波の式，波束とフーリエ級数

4 古典物理学では説明できない現象
   光電効果，量子仮説と光子
   ド・ブロイの物質波（粒子と波動の二重性）
   ラザフォードの原子モデル
   ハイゼンベルクの不確定性原理（物理量に影響を及ぼすことなく測定はできない？）

5 量子力学の誕生と量子力学のしくみ
   シュレーディンガーの波動力学（シュレーディンガー方程式）
   自由粒子の波動関数
   波動関数の別の固有関数による展開
   波動関数のベクトル表示（状態ベクトル）
   ハイゼンベルクの行列力学
   波動関数，状態ベクトル，確率解釈

6 自由粒子の位置と運動量（不確定性）
   単スリットによる粒子の到達点の分布
   波動関数とフーリエ変換，不確定性関係
   定常状態のシュレーディンガー方程式
   粒子の定常状態(固有値，固有状態)
   原子内電子の定常状態

7 不思議な量子現象
   量子トンネル効果
   シュテルン・ゲルラッハの実験
   二量子状態（偏光，スピン）
   スピンの測定結果の不思議
   コペンハーゲン解釈

8 自然科学，物理学とは何か？
   ボーア・アインシュタイン論争（相補性原理？）
   アインシュタインによる量子力学の不完全性の指摘（EPR問題）
   アインシュタインの問題提起（物理量には実在性があるはず？）
   量子力学の解釈とシュレーディンガーの猫（生きていて死んでいる猫？ 量子力学は科学なのか？）
   量子もつれ（エンタングルメント）

9 ベルの不等式と実在論，決定論
   光子の偏光とスピンの斜め測定の確率
   エンタングルした二量子状態の測定確率（量子力学の予想）

10 ベルの不等式の検証実験（EPR問題に対する結論）
   エンタングル光子対の偏光測定実験，陽子対のスピン測定実験(陽子対の分裂実験)
   局所実在論の破綻（客観的な物理量は存在しない？）
   不思議な遠隔作用（非局所相関），量子テレポーテーション

11 エンタングルした２光子の生成
    干渉性と経路特定性(弾性散乱，非弾性散乱と干渉)
    エンタングルした２光子による経路特定と二重スリット干渉実験
    遅延選択量子消しゴム実験（過去の測定結果を後から変更できる？）
    Context Dependence（状況依存性），コッヘン・シュペッカーの定理

12 エンタングルした二光子干渉実験
    量子消しゴム実験（干渉性復活実験）
    偏光を用いた二重スリットの実験

13 ミクロの現象のまとめ
    客観的実在の有無（見ているか，見ていないかで，実験結果は変わる？）
    古典的世界観の破綻
    測定問題（測定とは何か？ 量子力学はやはり不完全なのか？）
    量子力学の状態表示とは何か？（状態ベクトル（波動関数）の収縮？）
    デコヒーレンス，多世界解釈

14 自然科学，量子力学とは何か？
    科学の定義とは何か？科学の判断基準とは何か？
    物理量とは何か？実在とは何か？
    物理量は実在するのか？物質は実在するのか？

15 到達度評価，まとめ

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