相対性理論

科目基礎情報

学校	仙台高等専門学校	開講年度	令和06年度 (2024年度)
授業科目	相対性理論
科目番号	0021	科目区分	専門 / 選択
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	応用科学コース（広瀬キャンパス）	対象学年	5
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	授業中に適宜資料を配付する。
担当教員	佐藤 健太郎

到達目標

現代物理学の基礎である相対性理論（特に特殊相対性理論）について理解し基本的な計算手法を習得する。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
相対性理論とローレンツ対称性	相対性理論に現れるローレンツ変換とベクトル解析を理解しており基本的な計算ができる。	相対性理論に現れるローレンツ変換とベクトル解析を理解している。	相対性理論に現れるローレンツ変換とベクトル解析を理解していない。
特殊相対性理論と力学，電磁気	特殊相対論的力学，電磁気について理解しており基本的な計算や説明ができる。	相対論的力学，電磁気について理解しており基本的な計算ができる。	相対論的力学，電磁気について理解しており基本的な計算ができない。
一般相対性理論と重力	重力と一般相対性理論の基本的なアイデアを理解しており説明できる。	重力と一般相対性理論の基本的なアイデアを理解している。	重力と一般相対性理論の基本的なアイデアを理解していない。

教育方法等

概要:

相対性理論は量子力学と並び立つ現代物理学の大きな柱である。相対性理論の理解と共に現代物理学の考え方，自然観についての理解を深める。

授業の進め方・方法:

4年生までに学修した数学と物理学は理解できているという前提で授業を進める。授業では実用に応じて資料を配布しながら講義を行い，試験を実施する。事前学習として理解不足な点は復習しておくこと。授業内容の理解度を確認するため，学生への質問などを通じて授業への能動的な参加を促す。また学習内容の理解を深めるためには，事後学習として授業後の復習を行うことが大切である。

注意点:

4年生までに学修した数学と物理学は理解できているという前提で授業を進める。授業では必要に応じて，これまでに学習した数学や物理学を確認する機会も設けるが，理解が不十分なところは復習をおこなうこと。

授業の属性・履修上の区分

選択必修Ａ

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	マイケルソン-モーレーの実験	光速度不変を示した実験について説明できる。
		2週	特殊相対性原理	特殊相対性原理について基本的な計算ができる。
		3週	ローレンツ変換	ローレンツ変換について基本的な計算ができる。
		4週	４次元時空	4次元時空の概念について理解し，基本的な計算ができる。
		5週	相対論的力学	固有時について理解し，基本的な計算ができる。
		6週	相対論的力学	相対論的に共変性を持つように運動方程式を書き直すことができる。
		7週	相対論的力学	相対論的力学から得られる帰結について理解し，基本的な計算ができる。
		8週	ローレンツ変換の物理	ローレンツ収縮について理解し，基本的な計算ができる。
	4thQ
		9週	テンソル算	テンソル算について基本的な計算ができる。
		10週	相対論的電磁気学	電磁気学をテンソルを用いて書き換えることができる。
		11週	慣性質量と重力質量	慣性質量と重力質量の等価性について理解し，基本的な計算ができる。
		12週	一般相対性原理	一般相対性原理の基礎について理解し，基本的な計算ができる。
		13週	リーマン幾何	曲がった空間の数学の初歩を理解し，基本的な計算ができる。
		14週	曲がった時空と重力	重力と曲がった空間の関係について理解し，基本的な計算ができる。
		15週	期末試験	期末試験を実施する。
		16週	まとめ	これまでの授業のまとめを行う。

評価割合

	試験	合計
総合評価割合	100	100
専門的能力	100	100