現代理学特別講義

現代理学特別講義

9910B01

17SSZZZ301

鈴木　克彦、田所　誠、福井　康祐、加藤　圭一、森　貴治

Keiichi Kato, Katsuhiko Suzuki, Makoto Tadokoro, Takaharu Mori, Kosuke Fukui

2026年度後期

2026年度

②Second semester

木曜6限

Tuesday, 6th period

理学部第一部全学科
Faculty of Science Division Ⅰ

2.00単位

講義
Lecture

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⑧ [遠隔]オンライン授業（非同期）/ [Remote]Online (asynchronized remote)

本授業では現代社会におけるイノベーション力や共創力を高めることを目的とし、理学部第一部の数学、物理学、化学の各領域を横断する教育を行います。複数の専門分野にまたがる教育は他の領域と融合した新しい学問領域の創出につながり、多様化する現代社会のニーズに応えるものと期待されます。現代科学の基礎となっている考え方、概念、20世紀以降に得られた知見などについて解説し、特に、各専門分野では基本的でも、他分野からは気づきのある内容を取り扱います。現代科学の全体像を俯瞰することで、新しい科学技術領域を共創する端緒となることが期待できます。

理学は自然科学を学び自然界の根底に潜む真理や法則を探求する学問です。しかし、数学、物理学、化学の三分野においては、現象の捉え方や理解の仕方、記述する方法が異なっています。また、高校や大学１年次で学ぶ数学，物理，化学は20世紀以降の知見が必ずしも取り入れられておらず，ともすれば自身の専門以外の分野の知識は古いままに留まっています。本授業では数学，物理，化学について20世紀以降に得られている知見を歴史的な側面も踏まえて概観し，現代理学の発展の様子を理解することを目的とします。その際、議論の積み重ねや証明を緻密に行うのではなく，結果を理解することに力点を置きます。各分野において、現代科学の基盤となる考え方・概念を学習することで、理学全体にわたる広い教養や、領域を横断し俯瞰的に考える姿勢を身に付けることを目指します。

20世紀以降の現代理学の各分野の発展が概説できるとともに、基本となる考え方・概念・記述方法について説明することができる。

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/​​​

本授業は学部３年生以上を対象とする領域横断型授業であるため、各専門学科で開講されている初年次の数学、物理学、化学を履修していることが望ましい。

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事前に資料を熟読すること。詳しくは各分野で指示する。

各分野各授業回において、課題・レポートを課し評価を行う。数学，物理，化学の各系において100点満点で評価をする。それらの合計を100満点に換算し、60点以上を合格とする。
評価に際しては、得られている結果を理解しているかどうかを重視する。

・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/

各授業回で指示する。

第1回　積分の常識（担当：加藤圭一）
大学１年次で学ぶ積分は19世紀に開発されたRiemann積分である．20世紀初頭にLebesgueにより定義さ れた積分論の概要，特に，結論の簡明さについて紹介する．Lebesgueの優収束定理やFubiniの定理が使え るようになる

第2回　微分の常識（担当：加藤圭一）
 微積分学の基本定理（微分して積分すると元に戻る）について，どんな条件で成り立つかについて学ぶ． また，絶対連続な集合関数は積分で書けることを学ぶ

第3回　Diracのデルタ関数（担当：加藤圭一）
Diracのデルタ関数の数学的正当化について学ぶ

第4回　微分の常識2（担当：加藤圭一）
どんな関数でも何回でも微分できる超関数の理論について学ぶ
 
第5回　偏微分方程式（担当：加藤圭一）
普通には微分できない関数が方程式を満たすことがあることについて理解する

第6回（担当：鈴木）
量子もつれ合い：量子力学の初歩を導入し、波動関数による記述や意味を説明する。その上で2粒子状態の波動関数の記述法を導入し、近年の量子情報技術で頻出の量子もつれ合い状態について解説する。
授業目標：「量子力学における波動関数の確率解釈を説明できる」２粒子系の波動関数を書き下すことができる」

第7回（担当：鈴木）
相転移：水が氷、水蒸気と変化するように、自然界の様々な階層で相転移現象は起こっている。この不思議で普遍的な現象を熱統計力学の考え方に沿って説明し、自然界の秩序の変化について触れる。
授業目標：「相転移現象と秩序変化について説明できる」「温度や環境の変化によって相が変化する仕組みについて理解する」

第8回（担当：鈴木）
超伝導とは：超伝導は低温で電気抵抗がゼロになる不思議な現象である。この現象の特徴を説明するとともに、相転移の観点からその仕組みの説明を行う。
授業目標：「超伝導現象の特徴を列挙することができる」「相転移の観点から超伝導の性質を説明できる」

第9回（担当：鈴木）
物理におけるトポロジカルな現象：近年ではトポロジーの概念は物性物理において注目を集めている。ここでは様々な現象を取り上げてトポロジーの果たす役割について説明する。
授業目標：「簡単な非線形方程式を解き、その解の性質について説明できる」「物理現象がトポロジーを用いて説明できる例を理解する」

第10回（担当：鈴木）
元素はいかにして生まれたか：現在宇宙に存在する物質は、決して最初からあったわけではなく、宇宙が発展する中で複雑な経緯を経て生まれたものである。時系列に沿ってその理論を説明する。
授業目標：「原子核が束縛する仕組みについて説明できる。」「初期宇宙や構成内部で元素が合成する機構を説明できる」

第11回（担当：田所）
最後の５週は化学分野の担当になる。化学は数学や物理学と異なって、科学の中でも実学的な要素が大き くなる。物理・数学の講義とは異なるががまんして慣れてほしい。本講義でははじめ水や氷にまつわる諸 性質・物性・構造について水全般の科学について教授する。そして、水や氷として役立っているガスハイ ドレート、イオンハイドレート、プロトン伝導性などについてどのようなものか講義した後、最後に私たちの研究しているナノ細孔の水の諸性質についてお話ししていきたいと考えている

第12回（担当：森）
分子シミュレーションの基礎と応用について学ぶ。

第13回（担当：福井）
有機化合物は、炭素、水素、酸素、窒素、その他限られた元素から構成されるが、その結びつき方が無限に存在するため有機化合物の構造もまた無限に存在すると言える。この回では、それら有機化合物を効率的かつ設計図通りに合成するために用いられる「触媒」に着目し、化学反応の進み方や触媒のメカニズムについて説明する。有機合成で用いられる触媒は、主に溶液内で用いる「均一触媒」に分類されるものであるが、「不均一触媒」も含め、人類の歴史の中で重要な転機となった触媒についても説明する。「触媒」の種類や仕組みについて理解し、説明できるようになることを目標とする。

第14回（担当：福井）
精密に有機合成された化合物の中で、最も身近なものに医薬品がある。本講義では、いくつかの小分子医薬品の作用機序について解説するとともに、小分子-タンパク質間の相互作用がもたらすタンパク質機能の制御について説明する。また、近年実用化が進んできた「抗体医薬」の仕組みや、「RNAワクチン」の仕組みについても解説し、「医薬品」と呼ばれるものの多くが、どのような化学的現象を制御することにより、生物活性を発現しているのかについて理解し、説明できるようになることを目標とする

第15回（担当：福井）
我々の生活に不可欠なものに、食糧がある。陸上での食糧生産の全ては、植物による二酸化炭素の固定によって支えられているが、その植物による生産を支えているものの一つに、農薬がある。本講義では、「農薬」になぜ良くないイメージが付き纏うのかについて歴史的な背景から解説するとともに、現代での「農薬」について解説する。また、遺伝子組み換え作物についても解説し、我々の食を支える化学的な仕組みについて理解する。上記について説明できるようになることを目標とする。

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