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数と宇宙2

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科目名
平成28年度入学者
数と宇宙2
科目名
平成27年度以前入学者
数と宇宙2
教員名 中嶋 浩一
単位数    2 学年 1~4 開講区分 文理学部
科目群 総合教育科目
学期 後期 履修区分 選択
授業テーマ 現代科学は宇宙をどのように理解するのか、またそのために必要な相対性理論をどのように理解したらよいか、本講義で独自の観点から追求する。
授業のねらい・到達目標 現代科学でわかってきた「宇宙」像について、その理論構成を理解し、自分のことばで説明できるようになる。また、宇宙を理解するのに必須となる「相対性理論」についても、その正しい筋道が理解できるようになる。さらに「ブラックホール」、「ビッグバン」、「ダークマター」、「宇宙のインフレーション」などの最先端の知識の意味が理解できる。
授業の方法 授業の目的が知識の学習中心であるので、一方的な講義形式が主体となる。ただし、後述の「解答票」にいろいろな質問事項や感想を記入してもらうことによって、受講者との意思の疎通を図ることを考える。また、インターネットの活用、および宿題レポートを課すことによって、自学自習を推進する。
履修条件 なし
事前学修・事後学修,授業計画コメント 教科書(予定)と、それに関連した web ページがあるので、指定された部分を事前に予習すること。また疑問点については毎回「解答票」に記入し、web ページなどでの回答に目を通しておくこと。
授業計画
1 講義の概略、目的、進め方、成績評価法について解説。最近の天文学の話題について解説。
[準備] 教科書第1章を予習すること。
2 19世紀の自然科学、相対論前夜。「理論」とは何か、理論の構造。理論の構造から見た、マックスウエルの電磁気理論。マックスウエル理論の新たなナゾと、ローレンツ理論。
[準備] 教科書第2章を予習すること。
3 アインシュタインの特殊相対論。相対性原理、相対論力学、エネルギーと物質、反物質、双子のパラドクス、など。
[準備] 教科書第3章を予習すること。
4 一般相対論(1)。時空の歪み、ウラシマ効果、等価原理、重力と時空の歪み、重力方程式。
[準備] 教科書第4章1〜4節を予習すること。
5 一般相対論(2)。一般相対論から出てきたこと、重力レンズ、重力波、宇宙の全体構造。
[準備] 教科書第4章5節を予習すること。
6 ブラックホール。重力方程式のシュバルツシルドの解とその性質、ホワイトホールとワームホール、ワープとタイムマシンの可能性。
[準備] 教科書第5章を予習すること。
7 人類の宇宙観の変遷。天動説と地動説、太陽系宇宙から銀河系宇宙へ、泡構造宇宙。
[準備] 教科書第6,7章を予習すること。
8 一般相対論から出てくる宇宙の時空構造。4次元的に丸く閉じた宇宙、宇宙の果て、宇宙の大きさ、アインシュタインの宇宙定数、フリードマンの不安定宇宙、膨張宇宙。
[準備] 教科書第8章を予習すること。
9 膨張宇宙の理論。ハッブルの法則、定常宇宙論、火の玉宇宙論、宇宙の始まり。
[準備] 教科書第9章を予習すること。
10 宇宙の始まりのための基礎物理学知識。物質の構造、物質の状態、プラズマ、クォーク、4つの力とその統一理論、相転移と潜熱、フェーン現象。
[準備] 教科書第10章1〜2節を予習すること。
11 宇宙の始まりの標準理論。4つの力の分化、真空の相転移、宇宙のインフレーション、エネルギーと物質の創生、宇宙の晴れ上がり。
[準備] 教科書第10章3節以降を予習すること。
12 宇宙はなぜ始まったか(1)。基礎物理学知識「量子論」、19世紀の自然科学で解決できなかったナゾ、いろいろな量子仮説、物質波、シュレディンガーの波動方程式、量子力学、不確定性原理、トンネル効果。
[準備] 教科書第11章1節を予習すること。
13 宇宙はなぜ始まったか(2)。始まり以前はどうっだったか、トンネル効果と真空の相転移による宇宙の始まり。人類と宇宙。
[準備] 教科書第11章2節を予習すること。
14 到達度の確認のため授業内試験を行う。
[準備] 教科書全体に目を通し,各章の要点を整理しておくこと.
15 講義内容の整理、授業内試験の解答解説。
[準備] 授業内試験の各問題について,自分の考えをまとめておくこと.
その他
教科書 中嶋浩一 『宇宙論と相対論 ーどのように理解するかー』 未定 未定年
教科書を使用する予定であるが、詳細は講義開始時に説明。
参考書 参考書は講義の中で随時紹介する。
授業の webぺーじは,http://nk-kaken.jp/nichidai/
成績評価の方法及び基準 試験(80%)、レポート(10%)、授業内テスト(10%)
授業内テストは、小規模のものを毎回実施し、解答を所定の「解答票」に記入して提出する。また宿題レポートを課し、レポート点として採点する。授業内テストおよびレポートは、それぞれ10%満点として採点し、10%を超える超過分は試験の不足分の補填に利用する。詳しくは講義の中で説明。
オフィスアワー 授業終了時 教室,あるいは e-mail にて.

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