数と宇宙２

科目名	数と宇宙２
旧カリキュラム名	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」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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
14	到達度の確認のため授業内試験を行う。
15	講義内容の整理、授業内試験の解答解説。

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	参考書は新しいものが良いので、講義の中で随時紹介する。
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	講義の後、本館2階の講師控え室にて20分間。また授業内小テストの解答票の質問記入欄を利用。回答は授業内、あるいはインターネットで。