九州大学 大学院総合理工学府 先端エネルギー理工学専攻・先端エネルギーシステム開発学大講座 エネルギー物理工学教育分野(粒子線物理工学)渡辺幸信研究室

Contents

講義情報

2017年度 基幹物理学II

講義内容

    「基幹物理学I」では古典物理学の基礎を学んだ。原子・原子核のようなミクロな世界は古典物理学とは異なる量子力学の法則に従っている。また、時空概念の変革をもたらした相対性理論は現代物理学の基礎となっている。本授業科目では、現代物理学への入門として、量子力学の基礎と特殊相対性理論について講義する。また、最新トピックスを紹介しつつ、これらの現代物理学が先端科学技術に大きな影響を与えていることを学ぶ。

配布資料等

  • 数・数式の英語表現(4/13)

    授業スケジュール

    1. プロローグ(4/13)
      - 講義の位置づけと学習目標の提示
      - 現代社会とその文明を支える最先端物理学:相対論と量子論
    2. 特殊相対性理論(4/20,27,5/1,11)
      - ガリレイ変換とローレンツ変換
      - マイケルソン・モーレーの実験
      - 質量とエネルギー
      - GPS原理
      注:講義中の配布資料は、"現代物理学(原 康夫著)"、裳華房の6章のコピー
      スライド資料-2-1 (4/20)
      スライド資料-2-2 (4/27)
      講義メモ-1(テイラー展開・ローレンツ変換) (04/27)
      講義メモ-2(演習問題[13]、運動量と運動エネルギーの関係) (05/01)

      レポート課題(提出期限5/11):配布講義資料の演習問題[1]~[10]、必須は[1][2][4][7][10]の5題

    3. マクロからミクロへ(5/18)
      - 19世紀末の科学史概観
      - 電子発見
      - ラザフォード散乱とラザフォードの原子模型
      - 原子・原子核構造
      スライド資料-3 (05/18)
    4. 波動性と粒子性の2重性(5/25,6/1,8,15,22)
      - 黒体放射とエネルギー量子
      - 光の2重性(光電効果、コンプトン散乱など)
      スライド資料-4 (05/25)
      演習問題集 (05/25)
      - 電子の2重性(二重スリット、ドブロイ波長など)
      スライド資料-5 (06/01)

      6/1のレポート課題(提出期限6/8):スライド資料-5の7ページに出題

      6/1のレポート略解 (06/01)
      - ド ブロイ波長・不確定性原理
      スライド資料-6 (06/08)
      - 原子スペクトル
      - ボーアの原子構造論
      スライド資料-6 (06/15)
      追加問題 (06/22)
    5. 量子力学入門(6/29,7/6,20)
      - シュレーディンガー方程式
      - 井戸型ポテンシャルやトンネル現象
      - 波動関数の物理的意味
      スライド資料-7 (06/29)
      スライド資料-8 (07/06)
    6. エピローグ(7/20)
      スライド資料-9 (07/20)
    7. 期末試験

    試験・成績評価

    出席状況・課題レポート等の平常点、試験の合計が60点以上を合格
    注)平常点が極度に不足する場合は再履修とすることがある。

    講義関連資料

    Visual Quantum Mechanics(英語版のWeb教材) ここをクリックして下さい。

    参考書(準教科書)

    • 原 康夫著 "現代物理学"、裳華房

    関連参考書・推奨図書

    量子論・量子力学関連
    • 朝永振一郎著、"鏡の中の物理学"、講談社学術文庫 (推奨図書)
    • スティーブン・ワインバーグ著 "電子と原子核の発見"、ちくま学芸文庫(2006)(推奨図書)
    • 小出昭一郎著 "量子力学(I)(II)"、裳華房(1990)
    • 原 康夫著 "量子力学" 岩波書店
    • シッフ著、"量子力学"、吉岡書店
    • ファインマン他、砂川重信訳、"量子力学"、岩波書店(1988)
    • 岡崎誠著、"量子力学"、サイエンス社(1997)
    • W. ハイゼンベルク、"部分と全体"、みずず書房

    量子コンピュータ関連
    • ジョージ・ジョンソン著 "量子コンピュータとは何か"、ハヤカワ文庫、早川書房(2009)
    • 佐々木、根本、池谷著 "量子元年、進化する通信"、丸善ライブラリー(2014)

    相対論関連
    • アインシュタイン、内山龍雄訳、"相対性理論"、岩波文庫 (推奨図書)
    • 内山龍雄、"相対性理論入門"、岩波新書63
    • アインシュタイン、インフェルト、石原純訳、"物理学はいかに創られたか(上、下)"、岩波新書
    • アインシュタイン、金子務訳、"特殊および一般相対性理論について"、白楊社(2004)
    • 大栗博司、"重力とは何か"、幻冬舎新書(2012)

    その他(関連雑学編)
    • ロバート・P・クリス、"世界でもっとも美しい10の科学実験"、日経BP社
    • F.G. マジョール、"量子の鼓動(原子時計の原理と応用)"、シュプリンガー・フェッラーク東京 
    • マーカス・チャウン、"僕らは星のかけら(原子をつくった魔法の炉を探して";、SB文庫
    • マーカス・チャウン(林 一 訳)、"量子論で宇宙がわかる"、集英社新書 
    • リチャード・ムラー、"今この世界を生きているあなたのためのサイエンスI,II"、楽工書
    • J.S.リグテン、"水素を覗くと宇宙が見える"、シュプリンガー・フェッラーク東京
    • 大栗博司、"強い力と弱い力"、幻冬舎新書
    • 佐藤文隆、"火星の夕焼けはなぜ青い"、岩波書店
    • 佐藤文隆、"雲はなぜ落ちてこないのか"、岩波書店
    • 佐藤文隆、"夏はなぜ暑いのか"、岩波書店
    • 小山慶太、"漱石が見た物理学"、中公新書
    • 畑村洋太郎、"失敗学のすすめ"、講談社文庫