タイトル
     2023 年度 後期  理学部 物理学科 日英区分 :日本語 
  
一般相対論
General Relativity
  
ナンバリング 科目分野
PHYS4288   理学部専門科目
担当教員(ローマ字表記)
  谷井 義彰 [TANII Yoshiaki]
対象学生 対象年次 単位数
  3~ 2
必修・指定選択・選択の別 曜日時限 教室
  水2 理-4番講義室
科目群 講義番号
  R12352
クラス指定  
理学部物理学科3、4年次
 
他との関連(関連項目)  
「宇宙物理学」、「素粒子物理学」、「原子核物理学」
 
履修条件(授業に必要な既修得科目または前提知識)  
「力学I」、「電磁気学I」、「相対論」の知識が必須である。
 
テーマ・副題  
なし
 
授業科目の到達目標  
一般相対論の定式化とその応用について理解する。
 
『ディプロマ・ポリシー』を含む学部・研究科・学科等の学修・教育目標との関連  
理学部ディプロマ・ポリシーにある「専門領域(物理学)に関する専門知識とそれを基にした思考力」を習得するための科目である。
 
授業キーワード  
一般相対性原理、等価原理、重力場、曲がった時空、ブラックホール、宇宙論、重力波
 
授業の内容  
一般相対論の基本原理である一般相対性原理と等価原理、およびその数学的な定式化について述べ、それを使って重力場と物質に対する基礎方程式を求める。また、いくつかの応用についても説明する。
 
授業の方法  
講義形式の授業で、対面授業として実施します。

 
事前準備学修・事後展開学修  
授業1回あたり合計4時間の事前準備・事後展開学修が目安となります。事前準備学修として、WebClassの資料や参考書等で授業内容を予習しておいてください(1時間程度)。事後展開学修として、授業内容の重要ポイントを整理し、授業で残した計算や課題等に取り組んでください(3時間程度)。
 
授業展開(スケジュール)  
第1回 序論:一般相対論とは、電磁気学との比較
第2回 特殊相対論の復習:基本原理、Lorentz変換、Minkowski時空、共変形式
第3回 基本原理:一般相対性原理、等価原理
第4回 Riemann幾何学 (1):Riemann時空、座標変換とテンソル
第5回 Riemann幾何学 (2):ベクトルの平行移動、共変微分
第6回 Riemann幾何学 (3):曲率
第7回 基礎方程式 (1):重力場中の粒子の運動方程式
第8回 基礎方程式 (2):重力場中の電磁場の方程式、エネルギー・運動量テンソル
第9回 基礎方程式 (3):重力場の方程式
第10回 球対称な重力場:Schwarzschild解
第11回 球対称な重力場:光の赤方偏移、Schwarzschild時空中の粒子の運動
第12回 球対称な重力場:近日点移動、光線の折れ曲がり
第13回 ブラックホール:星の重力崩壊、Schwarzschild半径、Kruskal座標、他のブラックホール解
第14回 宇宙論:一様・等方な宇宙、Friedmann宇宙模型、赤方偏移、初期宇宙
第15回 重力波:線型近似、平面波、重力波のエネルギー、重力波の放射
第16回 期末試験
 
授業の詳細(履修登録学生のみ閲覧可)  
WebClassへ
 
成績評価の方法と観点  
期末試験(50%)とレポート(50%)によって評価する。試験やレポートでは、答えだけでなく、答えに至る道筋をしっかりと書いてあるかどうかを重視する。
 
成績評価基準  
埼玉大学単位修得の認定に関する規則に基づき、履修者が授業の到達目標をどれだけ達成したかに応じて以下の通り評価する。
「到達目標を超え、全般的に特に秀でている」 =GP:4 = S
「到達目標を超えており、部分的に秀でている」 =GP:3.5=A+
「到達目標を超えている」 =GP:3 = A
「到達目標に十分達しており、部分的に秀でている」 =GP:2.5=B+
「到達目標に十分達している」 =GP:2 = B
「到達目標に最低限達しており、部分的に B 以上の水準にある」=GP:1.5=C+
「到達目標に最低限達している」 =GP:1 = C
「到達目標に達していない」 =GP:0 = D
「到達目標の達成度を測る材料がない」 =GP:0=F
 
テキスト  
備考 テキストは使用しません。
 
参考図書  
参考書1 ISBN 978-4000299114
書名 相対性理論
著者名 佐藤勝彦 出版社 岩波書店 出版年 1996
備考
参考書2 ISBN 978-4535789012
書名 一般相対論入門 改訂版
著者名 須藤靖 出版社 日本評論社 出版年 2019
備考
参考書3 ISBN 978-1108488396
書名 Spacetime and Geometry
著者名 S. Carroll 出版社 Addison Wesley 出版年 2004
備考
参考書4 ISBN 978-0471925675
書名 Gravitation and Cosmology
著者名 S. Weinberg 出版社 John Wiley & Sons 出版年 1972
備考
参考書5 ISBN 978-0226870335
書名 General Relativity
著者名 R.M. Wald 出版社 Univ. of Chicago Press 出版年 1984
備考
 
学生へのメッセージ  
一般相対論は、ブラックホールや宇宙全体を扱うときに必要な理論です。また、素粒子物理学や原子核物理学とも密接に関係しています。
 
人数制限 ※詳細は「その他・備考」欄を参照してください。  
なし
 
連絡先(電話番号)  
なし
 
連絡先(メールアドレス)  
tanii_at_mail.saitama-u.ac.jp (_at_ を @ に変えてください。)
 
オフィスアワー  
授業期間中の毎週月曜日16:00~17:00
理学部1号館5階1535室
 
連絡先(ホームページ、その他)  
なし
 
関連ホームページ  
なし
 
その他・備考  
なし
 
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