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SA081:現代的自然観

科目番号、授業科目名

SA081、現代的自然観/Modern Perspective of the Universe

科目区分、必修・選択、授業の方法、単位数

産業技術学部 教養教育系科目、選択、講義(対面)、2単位

履修年次、開設学期

1年次、2学期

受講対象

産業情報学科

担当教員

新田 伸也


科目の到達目標

誘導にしたがって課題を基礎的な物理学と数学で記述(定式化)できること。
物理学を中心とした科学によって環境を理解できる事を学ぶ事。

学習の項目別目標

1. 毎回の講義中の解説をよく聞く(見る)。
2.毎回の講義ノートを作成する。
3.毎回の講義の論理展開を追う。
4.毎回のノートの数式展開を追う。
5.必要な数学の補強を行う。
6.自習しても理解できない部分を質問する。


授業概要

20C前半の物理学革命の根幹の一つであり現代文明の基礎でもある相対論の骨子を理解する。相対論のもたらしたパラダイムシフトによって、人類の世界観がどれほど変わったかを体感する

時間外学修に必要な学習時間の目安

目安 準備学修0.5時間
事後学修1.5時間

授業計画

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  • 第1回 ガイダンス、特殊相対論とは
    (キーワード)絶対的世界観と相対的世界観、Galilei変換
    (予習)シラバスをよく読んで講義に臨む。
    (復習)本講義(演繹型学問)の学び方解説を自らによく浸透させる。
  • 第2回光速測定実験1
    (キーワード)Galilei変換、エーテル仮説、Roemerの測定
    (予習)四則演算と演算規約、分数、旅人算、連立方程式
    (復習)旅人算、Roemerの測定法の理解
  • 第3回光速測定実験2
    (キーワード)Michelson-Morleyの実験
    (予習)四則演算と演算規約、分数、旅人算、連立方程式
    (復習)Michelson-Morleyの測定法の理解、光速度不変
  • 第4回線形代数学の基礎
    (キーワード)行列演算
    (予習)四則演算、連立方程式
    (復習)基本的行列演算と連立方程式との関係の理解
  • 第5回 Lorentz変換1
    (キーワード)時空とイベント、光速度不変の原理、Lorentz変換
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換の意味の理解、光速度不変性の確認
  • 第6回 Lorentz変換2
    (キーワード)同時性の相対性、Lorentz収縮
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換による時空座標の変換の確認
  • 第7回 Lorentz変換3
    (キーワード)運動する系での時間の遅れ、速度の合成
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換による時空座標の変換の確認
  • 第8回双子のパラドックス1
    (キーワード)GPSでの相対論補正、双子のパラドックス
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換による時空座標の変換の確認
  • 第9回双子のパラドックス2
    (キーワード)往路の議論
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換による時空座標の変換の確認
  • 第10回双子のパラドックス3
    (キーワード)復路の議論
    (予習)行列演算
    (復習)Lorentz変換による時空座標の変換の確認
  • 第11回 Kip-Thorneのタイムマシン1
    (キーワード)因果律、光円錐、CTC、ワームホール
    (予習)行列演算 、Lorentz変換
    (復習)相対論的因果律の理解
  • 第12回 Kip-Thorneのタイムマシン2
    (キーワード)往路の議論
    (予習)行列演算 、Lorentz変換
    (復習)二つの慣性系での比較
  • 第13回 Kip-Thorneのタイムマシン3
    (キーワード)復路の議論、原理と効果、因果律問題
    (予習)行列演算 、Lorentz変換
    (復習)三つの慣性系での比較、タイムトラベルの原理の確認
  • 第14回特殊相対性原理1
    (キーワード)物理法則のLorentz不変な記述
    (予習)Galilei変換、Newtonの力学の3法則
    (復習)Lorentz不変であるための条件と論理の確認
  • 第15回特殊相対性原理2
    (キーワード)高速運動時の質量の増加、質量とエネルギーの等価性
    (予習)Galilei変換、質量、運動エネルギー、核兵器と原子力
    (復習)論理の確認

履修条件

数学、物理学を用いた論理展開を嫌がらない事。

学習に必要な知識・技能等

中学までの数学、高校数学IおよびA


成績評価方法

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期末試験小テストレポート発表作品学習計画その他合計
総合評価 100 0 0 0 0 0 0 100
総合力指標 知識 0 0 0 0 0 0 0 0
技能 30 0 0 0 0 0 0 30
応用 70 0 0 0 0 0 0 70
表現 0 0 0 0 0 0 0 0
協調 0 0 0 0 0 0 0 0
意欲 0 0 0 0 0 0 0 0
  • 知識:知識を取り込む力
  • 技能:技能を修得する力
  • 応用:想起・解釈・問題解決能力、思考・推論・想像する力
  • 表現:プレゼンテーション力(提示・発表・伝達する能力)、コミュニケーション力(思考・感情を伝達する能力)
  • 協調:コラボレーション力(共同・協調する能力)、リーダーシップ力(統率力、指導力)
  • 意欲:自ら考え行動する力(学習に取り組む姿勢・意欲、チャレンジ精神、自己管理能力)

成績評価基準

  • 知識:
  • 技能:基本的な計算ができる。自分の考えを文章と数式で表現できる。
  • 応用:物理学と数学の基礎を科学的思考に応用できる。
  • 表現:
  • 協調:
  • 意欲:

教科書・教材・参考文献・配布資料等

なし

授業における配慮

書画カメラとプロジェクタを多用し、説明を書き込む。
解説とは別に板書時間を確保する(カメラによる撮影を推奨)。解説に情報保障字幕を付加する。

受講生に望むこと

時間や空間の伸び縮み、時間旅行など、科学番組や科学雑誌でしばしば取り上げられる一見突飛な内容について、理系としてきちんと基礎を学んでおこう。高校数学Bのベクトルを学んでいる事が望ましいが必須ではない。ただし、本講義の中で学習する事を嫌がってはならない。本学の「数学1/2」(行列演算)の受講を推奨する。結果よりもプロセスを重視して講義するので、暗記で対応する事は不可能である。論理展開をフォローする事に重心を置いた自習が必要である。

教員実務経験