授業科目

自然科学論
- エントロピーとはなにか:統計物理学入門 -
Philosophy and Sociology of Natural Science 

担当者

准教授 佐々木 志剛
後 月3

単位

2

到達目標

本講義の到達目標は、受講者が下記の事項に関して理解し、統計物理学に関する基礎知識を習得することである。
①物理に統計が必要な理由
②エントロピーに関する基礎知識
③情報理論とエントロピーの関係
④エントロピー増大の法則
⑤エントロピーが生み出す現象
また、本学のカリキュラム・ポリシーに従い、基礎的な自然科学の素養を本科目で身につける。

授業内容

我々の身の回りの物質は非常に多くの原子・分子から成り立っています。これらの原子・分子の運動を個々に追いかけることは非常に困難なため、その平均的な性質を調べる学問が発達しました。それが統計物理学です。本講義では、統計物理学において重要な役割を果たすエントロピーを中心に、統計物理学の世界を概観します。

授業計画

講義資料はドットキャンパスで配布するので、予習として講義前に予め読んでおき、①資料を読むだけではよくわからない箇所を明確にする、②わからない用語について調べる、ということを行って下さい。そうすることで講義内容の理解が深まります。
復習としては、最初に、予習の際によくわからなかった点が講義を受けることで解消できたかどうかを確認して下さい。そして、解消できていない場合は、講義資料を見直したり質問をすることで解消して下さい。また、この講義では様々なトピックを扱うので、その中から自分が興味をもったものを選び、図書・インターネット等で調べることも勧めます。その他に、復習の一環として小課題を適宜課すので、各自実施して下さい。
これらの予習・復習を合わせて、各回あたり約4時間の自己学習を想定しています。
尚、第1回目の講義ではシラバスの記載事項についての確認も行います。

1.はじめに:統計物理学とはなにか?
2.なぜ物理に統計は必要か?
3.本当に原子は存在するのか?
4.大数の法則:統計物理学が有効な理由
5.エントロピー:でたらめさを測る尺度
6.エントロピーと情報の関係
7.パターンのエントロピー
8.エントロピーは増大する:熱力学第2法則
9.エントロピーが生み出す現象:エントロピー的な力・相転移
10.情報理論とエントロピー
11.地球のエネルギー・エントロピー
12.ゲームで理解する統計物理学①:ゲームの内容と結果を理解しよう
13.ゲームで理解する統計物理学②:統計物理学との関係を理解しよう
14.まとめ

尚、進捗状況により内容は前後する場合があります。

授業運営

・講義はパワーポイントを用いて行い、講義資料は全てドットキャンパスへアップロードします。
・授業内容の理解を深めるため、講義時間内および講義時間外に適宜小課題を課します。
・講義中の私語は厳禁です。守れない学生は退席してもらうことがあります。

評価方法

講義時間内の小課題10%、講義時間外の小課題40%、及び学期末の試験50%で評価します。

オフィスアワー

月曜日の5限に教員室(5-323C室)で対応します。講義後、予約を取って下さい。

参考書

堀淳一『エントロピーとは何か』[ブルーバックス]1979

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