2017-11

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≪ 電子による電荷密度、電流密度 ALL 大学で学ぶ数学 ≫

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大学で学ぶ物理

これから大学で物理を学ぶとか、関係した授業をとる人向けに大学でどんなことを学ぶか思いつくままに書き並べてみます。

私が大学生だったのはもう一昔も二昔も前ですが、多分大学の授業はそんなに変わってないだろうと思います。そういった意味で大学の物理授業には標準的な内容があります。標準的と思われる内容は以下のようになっています。

(1)古典力学、解析力学
(2)電磁気学
(3)熱力学、統計物理学
(4)流体力学
================================
(5)量子力学
(6)特殊相対性理論、一般相対性理論
以上のような理論を、一つにつき半年程度の授業で習得しなくてはなりません。線から下の(5)(6)は特に1990年代に理論が打ち立てられた比較的新しい物理です。量子力学と相対性理論は現代物理の中心ですが、古典と呼ばれる(1)~(4)までの内容とは比較にならないほど高度に抽象化された理論です。大学で物理を勉強したいと思った人の殆どは二つの理論にまつわる不思議な話を聞き、物理に興味を持ったことでしょう。それだけに、学生にとって量子力学と相対性理論を学ぶことは一つの目標であり夢です。夢を目指して大学へはいったはいいが、難しそう? 心配は要りません、これらの理論は時間とエネルギーをかけて理解するだけの価値があり、そして天才でなくても理解できる理論です。ただしそれなりの努力は要請されるでしょうが。又、文系の学生でも一般教養として学んでおく価値は十分にあると思います。特に哲学や不思議な話が好きな人にはたまらない話題がいっぱいです。

これらの理論の内容は大体名前から予想されるますが少し説明しておきます。

先ず力学はニュートンが打ちたて完成させた古典の中の古典です。古典といったとき二つの意味があります。古いもの、時代遅れのものといったネガティブな意味、又は全ての基本となるようなものというポジティブな意味合いです。この場合、どちらでもありえますが、やはり物理学全般にわたる基本となる考え方がつまった非常に大事な理論であるというのが私の感想です。ニュートンの古典力学をオイラーやラグランジュ、またはハミルトンなどが数学的に新たな一面から構築しなおした理論を解析力学といいます。数学的に美しいばかりでなく、応用面といった点からも重要な理論です。

電磁気学と流体力学は、名前のとおりです。説明を省きます。

熱力学、統計力学は、気体などの多数の粒子が集まった運動を統計手法をもちいて記述する非常に重要な学問です。最近では量子力学と組み合わせた量子統計力学を活用する機会が多くなっていますが、もちろんその基本となるのは熱力学、統計力学です。

量子力学は一言で説明することが難しいのですが、ミクロな現象を記述する力学です。ミクロな世界を調べると日常経験からは理解不可能な現象が現れます。ミクロな世界は古典力学とはまったく異なる原理があるのです。

相対性理論については、知らない人はいないと思われるほどその名前は一般にも浸透していることでしょう。そうです、時間と空間を物理で扱おうという天才アインシュタインの理論です。

これらの基本的な物理学を習得した人は更に、物性理論、宇宙論、素粒子論などの各分野に進むことでしょう。まずは4年間で基本をきっちりと身に付けることが大事です。次回はこれらの物理を理解するために必要な数学について書きたいと思います。

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