物理学について

大学で学ぶ物理

高校物理で学ぶ「力学・熱・波動・電磁気」は，大学でも発展した形で学びますが，その他にも新たな科目として「量子力学」などを学びます．量子力学はミクロの世界が私たちの想像を絶する世界であることを教えてくれます．例えば，粒子である電子には波の性質もあります．実際，電子を１個ずつを二重スリットに通しても，干渉効果を見ることができます．逆に，干渉効果を示す光は波であると同時に粒子の性質（数えられる）もあります．「量子力学」以外の基盤科目として「熱力学」と「統計力学」があります．

数学と物理学

大学の物理を学ぶためには，微積分やベクトルなどの数学の理解が必要です．高度な数学は逆に問題を簡単にしてくれます．例えば，つるかめ算や旅人算などは算数を使って解くことができますが，中学で連立方程式を学ぶと簡単に解くことができます．同様に，物体の運動は微積分を使わなくても説明できますが，微積分を用いると説明がスッキリとします．高校では放物運動などの公式をたくさん暗記していたのではないでしょうか？微積分を使えば，暗記する必要はなくなります．さらに，微積分を用いると力学的エネルギー保存則などが数行の計算で，しかも一般的な形で導くこともできます．

高校の物理は微積分を使わないため説明がややこしくなりがちです．大学１年で微積分による見通しの良い説明に触れると，苦手だった物理が好きになるかもしれません．また，高校の数学が好きで得意であれば，きっと物理も好きになると思います．

物理学と数学の違い

物理は数学の言葉で記述されていますが，数学さえできればいいというわけではありません．理論的な物理学の問題・課題は主に次のような手順で考えていきます．
(1) 対象となる自然現象や実験状況を数学的に記述したり方程式で表す．
(2) 方程式を解く．コンピューターによる数値計算で解を求めることも多い．
(3) 解の結果から自然現象を読み解く．
この中で，問題設定(1)と 解の吟味(3)は数学にはない，物理学に特有な面白さがあります．(2)は数学やプログラミングの領域です（このように，物理学コースでは数学やプログラミングも学ぶことができます）．数学的な厳密性よりも，計算結果が不自然ではないか吟味することに重点が置かれます．

実験と観測

自然現象の理解には実験と観測を欠かすことはできません．万有引力の法則や電磁誘導の法則など，物理法則は実験と観測を通じて発見されました．また，より良い機能を持つデバイスやセンサーなどの開発も実験による試行錯誤が欠かせません．大学１〜３年で実験科目がありますが，トレーニングの意味合いが強く，主に結果があらかじめ分かっている実験をします．本当におもしろくなるのは卒業研究や大学院の研究からで，結果の分からない本当の意味での実験に取り組みます．すぐに実験が成功することは稀ですが，うまくいかない原因を考え，工夫を凝らして新たな実験を計画・実行する．このサイクルを繰り返して成功にたどり着くと，きっと実験に夢中になることでしょう．

物理学コースの履修計画（2022年度以降入学者向け）

１年次

物理学は特に，基礎から積み上げていく学問です．例えば力学を理解しないで量子力学を理解することは困難です．そこで物理学コースを志望する学生は，物理学A・Bおよび物理数学Iを履修する必要があります．理論だけでなく一般物理学実験も大切です．

物理学は多くの面で数学を利用するので，基礎数学(基礎微積分学A・B，基礎線形代数学A・ B)も身につける必要があります．Pythonプログラミングは物理学課題探求Iで使用しますので履修を推奨します．研究室によってはC言語を使うのでC言語プログラミングも興味と余力があれば履修すると良いでしょう．

２〜４年次

物理学を理解するためには学習の順序があります．物理学の基礎として，はじめに力学と電磁気学I，物理で使う数学の基礎として，物理数学Iに引き続き，物理数学IIを学びます．また，物理学実験と振動と波動も早めに履修するとよいでしょう．次に化学熱力学，連続体の物理と量子力学I・IIを履修します．以上の基礎が理解できたら精密計測と解析，統計力学I・II，量子力学IIIおよび固体物理学に進みます．物理学の講義科目を学びながら演習科目を履修し，さらに，物理学課題探求I・IIや理学総合演習で物理学の知識を確かなものとします．物理コースの卒業研究を受けるには，物理学実験，物理学課題探求I・II，理学総合演習の単位取得が必要です．

カリキュラム（2025年度以降入学者向け）