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ＡThe Theory of Relativity and the Universe A
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 | Q6311 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 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 Courses | ○ |
| 他学部公開（履修条件等）Open Courses (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Courses | |
| 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 special theory of relativity, which becomes evident when one moves as fast as the speed of light.
The goals of this course are to understand fundamental idea of the special 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、特殊相対性理論の基本的な考え方を学び、現実の世界で何が起こっているのか科学的な理解を深める。
到達目標Goal
・特殊相対性理論の論理的な理解の習得。
・特殊相対性理論の効果が顕著になるような光のスピードに近い速さで運動したりすること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]：運動に関する考察
天動説から地動説、ニュートンの運動法則、ガリレオの意味での相対性原理について
[3][対面/face to face]：光に関する考察
光の速さや光で情報が伝わることについて
[4][対面/face to face]：エーテル
エーテルとは何か理解し、エーテルの検出をしようとした実験とその結果の持つ意義について
[5][対面/face to face]：同時とは
思考実験を通じて、同時であるということの意味を考える。
[6][対面/face to face]：時間の遅れ
光時計を用いた思考実験をを通じて、時間の遅れについて考える。
[7][対面/face to face]：長さの収縮
物の長さ、あるいは2地点の距離を測る思考実験を通じて、長さ（距離）の収縮について考える。
[8][対面/face to face]：時空図
時空の中で起こっている現象（事象とも呼ぶ）を抽象的に表現する方法である時空図について
[9][対面/face to face]：速度の合成則と質量
動いている観測者から見た物体の速さがどうなるのか考え、速度の合成則と質量の変化について
[10][対面/face to face]：質量とエネルギー
公式 E=mc2 の意味について考える。
[11][対面/face to face]：ミューオン
ミューオンという素粒子について、その性質と相対論との関係について学ぶ。
[12][対面/face to face]：核融合反応
太陽の中で起こっている核融合反応について
[13][対面/face to face]：相対性理論の応用
GPSや核融合と相対論との関係について
[14][対面/face to face]：まとめ
特殊相対性理論のまとめ
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（毎回学習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
資料配布のために学習支援システムを利用する。