科学英語１ 2組

Scientific English 1

991557C

15PHZZZ201

大上　能悟

大上能悟

2026年度前期

2026年度

①First semester

木曜3限

木曜3限

理学部第一部　応用物理学科

Department of Applied 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

This course provides an introduction to quantum mechanics in English. The lecture will involve reciprocal interaction and discussion in English between the students and the lecturer. We begin by examining key phenomena—such as Bell’s inequality and wave–particle duality—that reveal the breakdown of classical mechanics and motivate the necessity of quantum theory. The Schrödinger equation is then introduced as the central equation governing quantum systems, and students learn to analyse one-dimensional quantum problems. The probabilistic interpretation of the wavefunction, operators as observables, and the computation of expectation values are developed in detail. The course further covers fundamental topics including infinite and finite potential wells, scattering and tunnelling, the harmonic oscillator, spin, two-level systems, and time-independent perturbation theory, establishing a foundation for modern quantum physics.

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本講義では、量子力学の基礎を英語で学ぶ。履修生と教員の間での英語による対話・議論を交えながら講義を進める。 まず、ベルの不等式や波動粒子二重性など、古典力学では説明できない現象を通して量子論の必要性を理解する。その後、シ ュレーディンガー方程式を中心に一次元量子系を解析し、波動関数の確率解釈、演算子と観測量の関係、期待値の計算方法を 習得する。 さらに、無限・有限井戸型ポテンシャル、散乱問題、調和振動子、スピン、二準位系、時間に依らない摂動論などの基本概念 を学び、現代量子物理学へとつながる理論的基盤を構築する。 

The objective of this course is to develop a solid understanding of the fundamental principles and mathematical framework of quantum mechanics in English.
Through the study of:

• One-dimensional eigenvalue problems based on the Schrödinger equation
• Operator formalism and expectation values
• Time evolution of quantum states
• Finite-dimensional quantum systems, such as spin and two-level systems
• Approximation methods via time-independent perturbation theory

students will acquire the theoretical foundation necessary for advanced studies in quantum physics, quantum information, condensed matter physics, and quantum optics.

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講義の目的は、英語で量子力学の基本原理と数学的枠組みを理解し、単純な量子系を自ら解析できる能力を養うことである。 具体的には、 シュレーディンガー方程式を用いた一次元問題の解析 演算子形式による観測量と期待値の計算 量子状態の時間発展の理解 スピンや二準位系など有限次元量子系の記述 摂動論を用いた近似計算 を通じて、より高度な量子物理学・量子情報・量子光学などの分野へ進むための基礎力を身につけることを目的とする。 

Upon successful completion of this course, students will be able to discuss the following content in English:
1. The limitations of classical mechanics using key physical examples.
2. Standard one-dimensional problems.
3. Spin and two-level systems using matrix representations.
4. Time-independent perturbation theory.

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本講義を履修した学生は、以下の内容について英語で議論・理解できることを目標とする：
1. 具体例を通した古典物理学破綻の説明
2. 一次元系の基本的な問題
3. 行列表現によるスピンおよび二準位系の記述
4. 時間に依らない摂動論の計算

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/​​​

課題に対する作文　Essay／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion／プレゼンテーション　Presentation

授業中に適宜に指示する。
Instructions will be given in class as appropriate.

講義課題及びレポート80％、授業での積極的な態度20%の割合で評価を行う
Evaluation will be based on the following ratios: 80% for achievement and 20% for positive attitude in class. 

・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/

授業中に適宜に指示する。
References and materials will be provided in class as appropriate.

1. The breakdown of classical mechanics: Bell’s inequality and the wave–particle duality
2. Schrödinger equation: the governing equation of quantum mechanics
3. One-dimensional free particle: the first example
4. Wave packets and time evolution: probability density and expectation value of position
5. Observables and operators: expectation values, Hermiticity, momentum operator
6. Infinite square well: discrete eigenvalues and eigenfunctions
7. Finite square well and evanescent waves
8. Basics of scattering: step and delta potentials, tunnelling
9. Harmonic oscillator I: differential-equation approach
10. Harmonic oscillator II: creation/annihilation operators
11. Spin angular momentum: two-dimensional quantum systems
12. Two-level systems and Rabi oscillations: first example of a time-dependent Hamiltonian
13. Time-independent perturbation theory (non-degenerate and degenerate)
14. Uncertainty principle and the foundations of quantum measurement
15. Summary and connections to modern quantum physics 

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出席は、紙媒体にて取る。
単位取得のためには、2/3以上の出席と課題提出が必要である。
Attendance will be taken on paper.
Attendance of at least 2/3 of the class and submission of assignments are required to receive credit.

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