市ヶ谷リベラルアーツセンター（ILAC）ILAC Course
PHY300LA（物理学 / Physics 300）相対性理論と宇宙ＢThe Theory of Relativity and the Universe B
石川 壮一Souichi ISHIKAWA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 市ヶ谷リベラルアーツセンター（ILAC）ILAC Course |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | Q6312 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 水4/Wed.4 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 市ヶ谷 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | 法文営国環キ2～4年 |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | ○ |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | ○ |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| 選択・必修Optional/Compulsory | |
| カテゴリー（2017年度以降）Category (2018~) |
2017年度以降入学者 ILAC科目 300番台 総合科目 総合科目 |
| カテゴリー（2016年度以前）Category (2017) |
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Outline (in English)
This course introduces basics of the general theory of relativity, which becomes evident when one is close to a place of very strong gravity field.
The goals of this course are to understand fundamental idea of the general theory of relativity and to to acquire flexible reasoning capacity when facing unconventional phenomena..
Before and after each class meeting, students will be expected to spend totally four hours to understand the course content.
Your overall grade in the class will be decided based on the following:
Term-end report (60%) and in class contribution including short reports (40%).
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
アインシュタインの相対性理論と聞くと、「時計が遅れる」とか「長さが縮む」とかSFの世界の話で、理解するのがむずかしいと考えている人が多いと思う。一方で、我々の住んでいる世界（宇宙）を理解する上で相対性理論は重要な役割を果たしており、現代の技術の中は相対性理論が応用されているものもある。
相対性理論には、光のスピードに近い速さで運動した時に顕著になる特殊相対性理論と、強力な重力が働くときに顕著になる一般相対性理論とがある。本講義で学生は、一般相対性理論の基本的な考え方を学び、我々の住んでいる宇宙に関する理解を深める。
到達目標Goal
・一般相対性理論の論理的な理解の習得。
・一般相対性理論の効果が顕著になるような非常に重力の強い場所に行くことなどを想像する思考実験を行うことにより、宇宙における自然現象をより深く理解するための思考の柔軟さを会得する。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
各学部のディプロマ・ポリシーのうち、以下に関連している。法学部・法律学科：DP3・DP4、法学部・政治学科：DP1、法学部・国際政治学科：DP1、文学部：DP1、経営学部：DP3、国際文化学部：DP2、人間環境学部：DP2、キャリアデザイン学部：DP1
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
・学習支援システムで配布する資料を用いて講義を行う。
・適時、理解度を確認するための課題（小テスト）を出題する。
・課題等の提出・フィードバックは学習支援システムを通じて行う。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
[1][オンライン/online]：はじめに
講義の概要
[2][対面/face to face]：ニュートンのリンゴと月
万有引力の法則はどのように導かれたのか理解する。
[3][対面/face to face]：加速度運動と慣性力
加速度運動をしている観測系における物体の運動について
[4][対面/face to face]：重力と時間
時間の進み方に対する重力の影響について
[5][対面/face to face]：重力と空間
空間が歪んでいるとはどういうことか、空間の幾何学について考える。
[6][対面/face to face]：時空間の歪み
重力が作用しているときの光の進み方について
[7][対面/face to face]：宇宙の広がりの理解
我々は宇宙をどのように理解してきたか
[8][対面/face to face]：宇宙の大きさと膨張宇宙
膨張宇宙の発見とビッグバン宇宙論について
[9][対面/face to face]：星の誕生と死・元素合成
太陽のような星の一生と、我々を形作っている元素の歴史について
[10][対面/face to face]：アインシュタイン方程式
一般相対論の基礎であるアインシュタイン方程式が、何を意味しているのかについて学ぶ。
[11][対面/face to face]：膨張宇宙論
我々の住んでいる宇宙はどうなっているのか、そしてどうなっていくのか考える。
[12][対面/face to face]：ブラックホール（１）
ブラックホールとは何なのか、そして、その観測方法について学ぶ。
[13][対面/face to face]：ブラックホール（２）
銀河系の中心に存在する巨大ブラックホールについて
[14][対面/face to face]：重力波
重力波とは何か、重力波の観測について学ぶ。
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
・毎回、学習支援システムで提示する講義資料を用いて講義内容の予習と復習をしておくこと。
・相対性理論は論理的に難しくない。ただ結論が日常経験とすごく離れているので、納得するには時間がかかる。簡単な演習問題などを課すので納得するまで反芻する習慣をつけること。
・本授業の準備・復習時間は、各２時間を標準とする。
テキスト（教科書）Textbooks
なし（毎回授業支援システムにより資料を配布する）
参考書References
一般向けの相対性理論の解説書として：
・「超」入門相対性理論 : アインシュタインは何を考えたのか / 福江純著
(ブルーバックス ; B-2087)、（講談社、2019.2）
・ゼロからわかる相対性理論 : 物理学を一変させたアインシュタインの時空の理論
(ニュートン別冊)、 （ニュートンプレス、2019.2）
（その他、必要に応じて授業中に紹介する。）
成績評価の方法と基準Grading criteria
期末レポート(60%)と小テスト等の平常点(40%)から評価する。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
相対論の効果は日常からはかけ離れたところに現れるので、可能な限りアナロジーを用いてわかりやすく説明したい。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
資料配布・課題提出等のために学習支援システムを利用する。