授業科目名 年度 学期 開講曜日・時限 学部・研究科 全担当教員 単位数
32622:[2025 春セメスター]ミクロとマクロの世界(B2) 2025 春セメスター 金2 理工学部 鳥羽 儀樹、吉田 晶樹 2

キャンパス

BKC

授業施設

フォレストハウス111号教室

授業で利用する言語

日本語

授業の概要と方法

高校の物理でも、ある程度は物理的なものの見方や面白さを学んだであろうが、昔の偉人が見出した法則や知識を暗記したに過ぎない場合も多かろう。そこで、この講義では、特定分野を体系的にとりあげることはせず、「大学の物理」を学び始める1回生を対象に、小人数クラスにおいて、ミクロ・マクロな視点から、学生自身が物理的にものを見て考えるセンスを養ってもらう。各クラスへの配属は物理科学科が決定する。

この講義では1回生前期できちんと理解するには難しい内容も扱うが、精密な知識を得ることではなく、あくまで物理の考え方や最先端科学の「雰囲気」に触れてもらうことが目的である。物理のおもしろさを知る契機となり、より専門的な学習をする動機付けになれば幸いである。

受講生の到達目標

「最も小さなスケール(ミクロ)の物理」と「最も大きなスケール(マクロ)の物理」を、素粒子と宇宙、あるいは、身近な現象を題材に理解し、その背後にある物理学の基本的な考え方に触れ、物理学の考え方の面白さを体得することを目標とする。

事前に履修しておくことが望まれる科目

この科目は1回生履修指定科目であり,受講登録は1回生に限られる。ただし、編入学等の特別な事情がある場合には回生にかかわらず受講できることがある。

授業スケジュール

授業回数/
担当教員(複数担当の場合)
テーマ
キーワード・文献・補足事項等
-

+R授業対象科目。第2回(吉田担当分)と第14回(鳥羽担当分)に+R授業を実施。詳細はmanaba+Rを参照。

1

ガイダンス: 授業の進め方、授業のねらい

吉田担当
私たちが住む地球の表面(プレート)は、年間数センチメートルというゆっくりとした速度で動いており、そのような運動は地球が約46億年前に誕生して以降、ゆっくりと冷えていく過程で起こっている。地球の内部でどのような運動が起き、地球の誕生時に内部に蓄えられた熱がどのように宇宙空間に放出されるかを知ることは、地球の営みをマクロな視点で理解する上で重要である。一方、地球内部を構成する物質(岩石・鉱物)のゆっくりとした流れは地球内部の温度や圧力などによって非常に敏感に変化するが、これは鉱物の結晶の原子配列や粒径の変化などといったミクロな現象に関係する。吉田担当回では、地球の営みをマクロからミクロまでの視点で定量的かつ実践的に理解するために、数値解析ソフト(MATLAB online)で簡単な例題を計算をしてもらいながら進める。

2

地球の中の熱輸送(その1)

吉田担当
熱伝導に関するフーリエの法則など

3

地球の中の熱輸送(その2)

吉田担当
地球表面の熱流量、地球内部の岩石の放射発熱など

4

地下の温度分布(その1)

吉田担当
熱伝導に関するフーリエの法則の積分(初期値問題)

5

地下の温度分布(その2)

吉田担当
一次元の定常熱伝導方程式の積分(境界値問題)

6

地下の物質の流れと熱進化

吉田担当
マントルの流動の法則(レオロジー)、マントルの熱進化など

7

地球の中の熱対流運動

吉田担当
二次元定常熱対流(マントル対流)

8

鳥羽担当ガイダンス:授業の進め方、授業のねらい
「ミクロな世界(素粒子・量子など)からマクロな世界(宇宙など)へ」

鳥羽担当
137億年前にビッグバンによって誕生したと考えられている我々の宇宙には、惑星・恒星・銀河などの多様な構造が見られる。また、近年注目を集める「暗黒物質(ダークマター)」や「暗黒エネルギー(ダークエネルギー)」、「ブラックホール」の理解には、素粒子物理学・量子力学・相対性理論といった幅広い物理学の知識が必要である。鳥羽担当回では、ミクロな世界である素粒子から、マクロな世界である宇宙全体に至るまで、大きさの違いや関連する物理法則を意識しながら学ぶことで、宇宙の成り立ちやその構造の奥深さを体感することを目指す。

9

素粒子・量子の世界

鳥羽担当
素粒子とは?4つの力、量子力学の世界感

10

宇宙への誘い:前編

鳥羽担当
惑星・恒星の世界

11

宇宙への誘い:後編

鳥羽担当
銀河系・銀河・宇宙の大規模構造

12

宇宙論入門:宇宙のはじまり

鳥羽担当
ビックバン宇宙論を支える3つの観測事実

13

宇宙論入門:宇宙のおわり

鳥羽担当
暗黒物質・暗黒エネルギー

14

ブラックホールの世界

鳥羽担当
ブラックホールの見つけ方・作り方

授業実施形態

対面授業にて実施。ただし、必要に応じて2~3回分を受講生に事前に周知の上、オンデマンドの授業に切り替える可能性があります。

授業外学習の指示

小レポートの課題や、自ら興味を持った事項については、自ら文献を調べたりして学習してほしい。

成績評価方法

種別 割合(%) 評価基準等
定期試験(筆記) 0

レポート試験
(統一締切日を締切とするレポート)
0

上記以外の試験・レポート、平常点評価
(日常的な授業における取組状況の評価)
100

吉田担当の回は、毎回の出席状況と最終担当回のレポート課題に基づいて成績評価を行う。
鳥羽担当の回は、毎回の出席状況と最終担当回のレポート課題に基づいて成績評価を行う。

成績評価方法(備考)

受講および研究に関するアドバイス

講義中に疑問に思ったことは積極的に質問してください。講義スケジュールはあくまで目安なので、予告した上で変更する可能性があります。

吉田担当の授業は、「プリズム情報処理演習室P31」教室で行います。Matlab onlineが受講生各自のパソコンで使えることを想定し、みなさんで議論しながら理解していく形で進めます。MATLAB onlineは、下記のホームページに接続し、大学のメールアドレスでユーザー登録を済ませておいて下さい。https://jp.mathworks.com/products/matlab-online.html

教科書

教科書(使用頻度、その他補足)

教科書は指定しない。

参考書

参考書(使用頻度、その他補足)

必要に応じて授業中に紹介する。

参考になるwwwページ

必要に応じて授業中に紹介する。

授業内外における学生・教員間のコミュニケーションの方法

学生との直接対話,その他(教員より別途指示)

備考


【科目ナンバリング・カリキュラムマップはこちらから/Click here to see the Curriculum-Map and Course-Numbering】
URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/