物理学科の研究風景や研究対象を紹介します.
宇宙を支配する物理法則
物理学科では, この宇宙の成り立ちに関わる重要な物理法則を駆使して研究しています. ここではその一例を紹介します.
| マックスウェル方程式 \begin{align*} \partial_\mu F^{\mu\nu}&=\mu_0 j^\nu \\ \epsilon^{\mu\nu\rho\sigma} \partial_\mu F_{\nu\rho}&=0 \end{align*} |
電磁気学における, 基本方程式. 高校で習った電磁場に関する法則は, これらたった２つの式に集約されます.また現在社会では欠かせない電磁波も, これらの式により理解できます. |
| エントロピー増大則 \begin{align*} \Delta S \ge 0 \end{align*} |
熱力学で学ぶ, 熱力学第2法則の基本となる式. 第二種永久機関を禁止します. |
| ボルツマンの原理 \begin{align*} S = k_B \log (\text{ミクロの状態数}) \end{align*} |
統計力学で学ぶエントロピーの起源を示す式. 温度や圧力などといった, マクロな世界の物理量と, ミクロな世界の情報を結びつける鍵となります. |
| シュレディンガー方程式 \begin{align*} i \frac{\partial}{\partial t } \psi = H \psi \end{align*} |
量子力学における, 基本方程式. 素粒子や原子の周期表など, 様々な物質の性質がこの方程式を通して解明されました. 近年は, 量子情報や量子コンピュータなどの情報分野でも量子力学は重要となっています. |
| アインシュタイン方程式 \begin{align*} R_{\mu\nu}-\frac{1}{2}R g_{\mu\nu}+ \Lambda g_{\mu\nu}= \frac{8\pi G_N}{c^4} T_{\mu\nu} \end{align*} |
一般相対性理論における, 基本方程式. 質量やエネルギーにより, 時空がどのように曲がるのかを記述します. 左辺3項目の\(\Lambda\)は, 宇宙項と呼ばれる定数で, その起源は現代物理学の大きな謎の１つです. |