教養科目「物理学」概要
1992年度（1992年4月―1993年3月）の「授業内容の紹介」
授業科目：物理学
担当教官氏名：小島英夫
開講曜日、時限、コース、学年：
水曜日、1.2時限、人文1年・教育1，2年
目標：
数式を使わないで相対性理論と量子論を理解する。それらを基礎に宇宙の構造について学ぶ。簡単な実験をできるだけ多く見せる。ビデオも活用する。
年間の予定：
物理学とは何か？“それは公式を憶えて応用問題を解くことだ”などと思って、物理学を敬遠している人がいるとしたら、言いたい。あなたは間違っている！
物理学は、自然に対する物の考え方であり、その結果できあがった（知識の）体系である。現代は、自然科学とくにその基礎である物理学が、他の学問、技術、社会に密接過ぎるくらいの関連を持つ時代である。
物理学の考え方を身につけ、相対性理論や量子力学の特徴を知ることは、「科学技術」時代に生きる人間にとって必要であり、可能であり、それも興味をもってできることなのである。数式を使わなくても物理学は解る。そして好きになれる！
テキスト：
小島英夫「量子力学の世界」（大竹出版 1000円）
ギビリスコ「図説アインスタインの相対性理論」（大竹出版 1700円）
評価の方法：
前学期、後学期とも、 出席（と質問回数）
演示実験のテーマ
１． プリズムによる太陽光のスペクトル分解と虹の原理
２． 水面に浮かせた、複数個の一円アルミ貨の凝集と表面張力
３． レーザー光を用いた水表面における光の反射・屈折・全反射
４． テスラー・コイルを用いた真空放電・電子によるガラス壁での蛍光発生
５． ガイガー計測器と密封線源を用いた放射線計測と自然放射能
６． 固体複振子を用いたカオス的行動
７． 液体窒素で冷却した超伝導磁石の浮上
他数種
ビデオ鑑賞のタイトル（テーマ）
１．「知ってるつもり？」アインシュタイン（相対性理論の誕生）
２．日本人宇宙飛行士誕生（宇宙旅行）
３．銀河宇宙オデッセイ（宇宙の構造）
４．宇宙からの贈り物（宇宙の構造）
５．セミパラチンスクの羊飼い（兵器開発と放射能汚染）
６．映画「2001年宇宙の旅」（科学と芸術）
他数編
テキストの概要
１．「図説 アインシュタインの相対性理論」
目次
日本語版への序文
はじめに
第1章 光の速さは時間の速さである
1-1.
相対性理論の基本原理――――3
1-2.
基準系――――5
1-3.
光速度――――7
1-4.
エーテル理論――――10
1-5.
間接的な観測――――11
1-6.
理論的に光より速い? ――――14
1-7.
過去をふり返る――――18
1-8.
光とは何か? ――――19
1-9.
光の粒子理論――――19
1-10.
光の波動理論――――22
1-11.
物質はエネルギーである――――24
1-12.
時間は距離である――――25
第2章 "同時刻"とはどういう意味か?
2-1.
標準時間局――――27
2-2.
宇宙における時計――――28
2-3.
はるかな昔――――32
2-4.
運動の効果――――34
2-5.
観測者の運動――――39
2-6.
動いている光源――――42
2-7.
赤方シフト(偏筒)と青方シフト(偏イ奇) ――――44
2-8.
膨張する宇宙――――45
2-9.
宇宙時――――45
第3章 時間の歪み
3-1.
運動の結果としての時間の歪み――――49
3-2.
光線時計:特殊相対性理論――――50
3-3.
観測の視点――――52
3-4.
時間歪みの因子の計算――――55
3-5.
一般的な場合――――56
3-6.
双子のパラドックス(背理) ――――59
3-7.
回転のパラドックス(背理) ――――61
3-8.
運動の基準――――62
3-9.
一般相対性理論――――63
3-10.
速度の合成――――64
3-11.
時間次元――――66
第4章 空間の歪みと質量
4-1.
速度修正した時空(space-time) ――――73
4-2.
動いている棒――――75
4-3.
動いている円盤――――77
4-4.
三つの空聞次元――――79
4-5.
メソン(meson)
――――79
4-6.
慣性質量――――81
4-7.
運動中――――82
4-8.
運動量の保存――――83
4-9.
矛盾――――85
4-10.
質量対速度――――87
第5章 星への旅
5-1.
超高速宇宙船の設計――――89
5-2.
ケンタウルス座アルファ星への旅――――92
5-3.
時間航行――――94
5-4.
時間の遡行――――96
5-5.
星間旅行のむずかしさ――――99
5-6.
無線通信――――100
5-7.
星跳び――――101
5-8.
異星人の訪問はあったのか? ――――104
5-9.
近接遭遇――――104
5-10.
オズマ計画――――105
5-11.
"超空間"通信――――107
第6章 次元と超空間
6-1.
次元とは何か? ――――109
6-2.
デカルト座標系――――112
6-3.
極座標系――――114
6-4.
2次元空間――――115
6-5.
平面幾何学における距離の公式――――117
6-6.
ユークリッド幾何学か、非ユークリッド幾何学か？――――118
6-7.
ユークリッドおよび非ユークリッド3次元空間――――119
6-8．超球体――――122
6-9.
4次元立方体――――122
6-10.
第四の次元としての時間――――124
6-11.
独房からの脱出――――128
6-12.
交差した空間――――128
6-13.
低次元空間はどう見えるか? ――――132
6-14.
4次元以上の空間――――134
6-15.
三角形の内角――――135
6-16.
屈折――――137
6-17.
測地線――――139
6-18.
"球形"宇雷における座標――――140
6-19.
"非球形"宇宙の座標――――142
6-20.
次元のより多い空間を通しての距離――――144
第7章 一般相対性理論
7-1.
遠心力――――147
7-2.
宇宙ひとりぼっち――――149
7-3.
二人の宇宙――――149
7-4.
加速度と重力――――151
7-5.
ボールの中で――――151
7-6.
加速度にもとづく時間と空間の歪み――――153
7-7.
双子のパラドックスの解決――――156
7-8.
回転加速度の場――――157
7-9.
回転している座標系――――160
7-10.
すべての視点は等価である――――166
7-11.
1対1文迂応――――166
7-12.
加速度は空間を歪ませる――――170
7-13.
円運動による光子のずれ――――173
7-14.
等価原理――――174
7-15.
星からの光――――178
7-16.
水星の近日点――――180
7-17.
重力にもとつく赤方シフト――――182
7-18.
重力波――――184
7-19.
統一場の理論186
7-20.
空間はほんとうに曲がっているか――――187
第8章 空間におけるいくつかの異常
8-1.
星の死滅――――190
8-2.
重力崩壊――――193
8-3.
外から見た姿――――196
8-4.
重力半径と質量――――198
8-5.
ブラック・ホールはどのくらい一般的か? ――――199
8-6.
重力衝撃波――――200
8-7.
奇妙な連星――――202
8-8.
準星状電波源――――205
8-9.
崩壊星と宇宙旅行――――206
8-10.
崩壊星と時間航行――――208
8-11.
ブラック・ホール宇宙――――209
8-12.
この宇宙はブラック・ホールか？――――212
第9章 宇宙の構造と進化
9-1. プトレマイオスの宇宙――――216
9-2. コペルニクス,ティコ・ブラーエおよびケプラー――――219
9-3.
ガリレイとニュートン――――221
9-4.
ニュートン力学による軌道の幾何学――――222
9-5.
ニュートンの絶対空間と絶対時間――――225
9-6.
現代宇宙論の到来――――228
9-7.
宇宙における距離の測定――――230
9-8.
スリファー,ド・ジッター,そしてハッブル――――232
9-9.
膨張宇宙の定常状態理論――――237
9-10.
時間の始源――――239
9-11.
時間の終末――――240
訳注―――― 243
参考文献―――― 246
索引―――― 247
訳者のあとがき―――― 251
２．「量子力学の世界」
はじめに
第1章 象のような蟻と蟻のような象一一大きさの意味一……9
第2章 ものさしは誰がつくる一一尺度の基準一……13
第3章 ミクロの世界とマクロの世界一1二つの異質な世界一……16
第4章 粒子は粒子,波は波一一マクロの世界の物質一……20
第5章 物体は動いているか〜一一牛刎本の運動状態を決める物理量一……22
第6章 波はエネルギーを伝える一波の状態を決める物理量一……28
第7章 粒子か,波か一ミクロの匿界の対象一……31
第8章 ミクロの世界は量子状態で決まる一一新しい概念一……42
第9章 粒子は波か?一一電子の量子状態一……45
第10章 波は粒子か?一光の量子状態一……47
第11章 太陽系と原子の違い一原子の量子状態一……48
第12章 何も決められない?一不確定性原理一……52
第13章 あちら立てれば,こちらが立たぬ一相補性一一……57
第14章 何が回転しているのか?一スピンとパウリ原理一……59
第15章 陽子と中性子は同じ粒子か?一核子の二つの顔一……・72
第16章 粒子と反粒子は双子か?一対創成一……76
第17章 温度,この身近かで,不可解なもの―熱運動―……80
第18章
磁石になるもの,ならないもの―磁性の本質―…91
第19章 電流の流れるもの,流れないもの…金属・半導体・絶縁体.一……100
第20章 抵抗はなくなる?―超伝導と超流動―……105
第21章 壁を透り抜ける?―トンネル効果―……109
第22章 石油は燃える,ウランも"燃える"―分子エネルギーと核エネルギー―……114
第23章
超ミクロの世界？―クォークとグルオン―……116
索引 ……119