時間と空間(2013年)講義録

2013年度前期の琉球大学における講義「時間と空間」の講義録です。

シラバス

これより新しい、2014年度の講義録はこちらです。

1回の講義(水曜日2限)ごとにその日の内容をまとめて夜に更新します。

 赤字で書かれているのは授業中などに追加したコメントなどです。青字は学生からの質問など。その日の授業の最後には感想や質問を書いてもらいますが、その内容およびそれに対する解答を各日の講義録の最後につけます。

「時間と空間」というこの講義のタイトルは、ずいぶん大仰で、難しげに聞こえますが、


「人類の宇宙観はどう進歩したか?」/「生物の大きさはどうして決まる?」/「時間はなぜ未来へ流れる?」
/「相対性理論とは何か?」/「タイムマシンができない理由は何か?」

などなど、「時間と空間」をキーワードにして、いろんなことを取り上げていきたいと思います。基本的には文系主体の授業ですので、数式の使用は避け、図やアニメーションなどによって説明していくつもりです。「水曜の午前中は面白い物理の話を聞きに行こう」という程度の気楽な感じで授業に参加し、遠慮なく疑問をぶつけてくれたらよろしいかと思います。

授業の進め方

授業は、次のように進めていきます。

前回の授業のレポート等に関する寸評(初回はなし)

前の週の講義で出してもらった小レポートに関して、面白かった内容の紹介などを行い、質問などがあった場合はこの時間で答えます。最終回(第15講)の授業に対する寸評とコメントシート返却は、試験時間に行いますが、(なんせ試験期間なので)忙しいからいいや、という人はこなくてもかまいません。

授業

内容はほぼプリントにありますので、板書は補足する図などのみを書きます。ノートなどを取る必要はありません。集中して聞いて、わからないときは遠慮なく質問してください。

小レポート&感想・コメントシート

最後の10〜15分ぐらいの時間を使って、みなさんにその日の授業の内容に関する小レポートと感想・コメントシートを書いて提出してもらいます。このレポートは出席チェックを兼ねています。感想・コメントシートには名前の通り、感想・コメントと、今後へのリクエストなどありましたら書いてください。なお、どちらも後述のホームページ(予定はないですがこの講義が書籍化された時にはその本にも)に載る可能性がありますので注意してください(個人名を載せることはありません)。

シラバスに最初、「10段階評価」と書いてしまったのですが、よく考えると、10段階はとてもたいへんなので、次の表にあるような5段階評価とします。平均点で60点以上で単位が出ますので、コンスタントにCを取っていれば落ちることはありません。

Sとっても素晴らしい!!150点
Aよくできてます。100点
Bまぁまぁ普通かな。80点
Cもうちょっと考えましょう。60点
Fこれじゃ出さない方がましだね。0点

ただし、SとFはあまり出ないと思われます。

ホームページ

ここで講義の内容、講義中に出た質問の他、みなさんのレポート・感想の中身を公開します(全てではありません)。

成績評価

試験はしません。15回の講義の小レポートの平均を取り、

  • A: 90点以上
  • B: 80点以上90点未満
  • C: 70点以上80点未満
  • D: 60点以上70点未満
  • F: 60点未満

として成績を出します。平均点が60点未満だったり、特別な理由なく3分の1以上欠席(あるいは出席してもレポート未提出)な人は不合格とさせていただきます。事情のある方は、欠席した日の講義の内容についてのレポートを提出してもらえば考慮いたしますので相談に来てください。

履修登録者数が、使用教室の机の数に達しましたので、これ以上の履修は受け付けていません。

その後、3名履修取り消しがありましたので、早い者勝ちで3名まで追加履修を認めます。希望者がいれば部屋に来てください。→登録いっぱいになりました。

授業内容

2013.4.10 第1講

  • 第1講 空間的距離の測定法
    • 地球の大きさを測る
    • 星の大きさと距離を測る

2013.4.17 第2講

  • 第2講 地球中心から太陽中心へ
    • コペルニクス的転換までのあれこれ

2013.4.24 第3講

  • 第3講 静止しているのは誰?
    • 素朴な疑問ほど答えにくいものはない
    • アリストテレス的考え---素朴な直感をそのまま法則化する
    • ガリレオが見つけたこと---周到な観察が法則を導く

2013.5.1 第4講

  • 第4講 万有引力は世界を回す?
    • もう一つのアリストテレス的`常識'---物体の落下
    • 天上の世界と地上の世界---りんごの従う法則と月の従う法則

2013.5.8 第5講

  • 第5講 空間反転---「鏡の国」は何が違うか
    • 鏡は左右を反転する?---ほんとか?
    • 反転世界での運動---宇宙人に「左」を教えるには?
    • 生物学的左右非対称---鏡の国のミルクはまずい?
    • パリティの破れ---物理がついに発見した左右非対称

2013.5.15 第6講

  • 第6講 2次元、4次元---次元の違う世界の話
    • 次元とは何か---いったいいくつ聞けば気がすむんだ?

2013.5.29 第7講

  • 第7講 4次元空間と曲がった空間の幾何学
    • 三角形の内角の和は180度---曲がった宇宙でも正しいか?
    • 4次元宇宙の図形
    • 現実の宇宙との関連

2013.6.5 第8講

  • 第8講 光速度不変と時空---新しい時間と空間の概念
    • エーテルの探求---何が光を運ぶのか?
    • この謎を解くためにローレンツが考えたこと

2013.6.12 第9講

  • 第9講 相対性理論の描く時間と空間---ローレンツ短縮とウラシマ効果
    • 相対性とは何か
    • 電磁気学の相対性と、相対性原理
    • 時間の伸び縮み---ウラシマ効果

2013.6.19 第10講

  • 第10講 相対性理論・パラドックスとE=mc2
    • ローレンツ変換
    • 超光速現象の禁止---タイムマシン作成の可能性
    • どうして超光速には達しないのか?
    • 双子のパラドックス
    • E=mc^2という式

2013.6.26 第11講

  • 第11講 物体・生物のスケール---``大きさ''を決定するものは何か?
    • スケール変化に伴う変化---同じ比率で変化するとは限らない
    • 立ち上がれる人間の限界---巨人が存在しない理由
    • 熱の放出---小人が存在しない理由
    • おまけ:陸上競技の公平さ---身長が高いほうが高く飛べてあたりまえ?

2013.7.3 第12講

  • 第12講 重力と「時間と空間」---リンゴはなぜ落下するのか
    • 万有引力---リンゴを落とすのは何?
    • アインシュタインの予言---光も曲がる
    • 時間が止る場所---ブラックホールとシュワルツシュルトの壁
    • 星の進化とブラックホールができるまで
    • ブラックホールの近くに行くと?

2013.7.10 第13講

  • 第13講 タイムマシンができない理由
    • 親殺しのパラドックス---SFの話題から
    • キップ・ソーンがタイムマシンを``発明''するまで---それはカール・セーガンのSFから始まった
    • キップ・ソーンの閃き---どこでもドア+ウラシマ効果=タイムマシン
    • もしタイムマシンがあったら---ビリヤード問題

2013.7.17 第14講

  • 第14講 時間はなぜ未来へ``流れる''か
    • 時間反転と物理法則
    • 波動の時間の矢---光や音は必ず広がる
    • 熱力学の時間の矢---物事は乱雑に向かう
    • 時間の「流れ」に逆らうには

2013.7.24 第15講

  • 第15講 宇宙の運命---ビッグバンから始まり、その最後は?
    • オルバースのパラドックス---空が暗いのには理由が必要??
    • 銀河は後退する---ハッブルの発見
    • 因果の地平線---宇宙の``果て''?
    • ビッグバン理論 VS 定常宇宙論
    • 加速していた宇宙---アインシュタインの間違えてなかった?

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Last-modified: 2016-09-16 (金) 14:29:31 (640d)