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はなぜ難しいのでしょうか?高校時代と比べると微積がふんだんに使われてますし、僕は建築学科なんで力学をメインでやってますが数学の知識がないとついていけません。量子力学は結局理解できませんでした。まわりも高校時代は好きだったけど大学に入ってから嫌いになった人も多いです。物理を専攻にしている方は尊敬します。皆さんは高校の物理と大学の物理のレベル差に驚きませんでしたか?

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A 回答 (5件)

>はなぜ難しいのでしょうか?



ご指摘のように、微積分が入ってきているからです。
同じ物理ですが、19世紀に出来上がった解析学という
考えが入ってきているんです。

 学んでいる内容を深く調べようといすると、ベクトル解析とか
解析力学といった本にぶつかるはずです。

 高校でやっている物理は、17世紀にニュートンが作った
力学体系と、それを基本とした熱理学、電磁気学といった、いわゆる
古典力学の抜粋と、量子力学のさわりだけです。

 19世紀に、フランスやドイツで数学教育の改革が行なわれ、
数学の研究が盛んになったんです。そのとき古い物理学を
数学的に見直そうという動きがあり、ニュートンの
物理学の数学的表現方法も大きく変わったんです。
そのときの成果の1つとして、ラプラスは「天体力学」と
いう本をまとめ、ナポレオンに進呈したと言われています。

 つまり大学の教養とかでやっている物理というのは、
その19世紀の表現形式の物理なんです。

 ニュートンは微分学の基礎を作ったと言われ、確かに高校の
物理の式も、加速度を微分すると速度が得られるといった
具合に微分の形が入っていますが、ニュートン自身が
微分をいう概念を意識していたわけではないので、高校の
物理でも、微積分との関係は積極的には説明してはならないことに
なっているんです。歴史の流れに沿って、自分でその法則と意味を
見つけ出す機会を与えているわけですが、説明を受けないとその意味
までは大概は気づきません。

 物理学は微分学と関係しているという意識のもと、数学的に
きれいにまとまった大学での物理の授業を聞くと、
「おー、こんなふうにまとまるんだ」と感動するはずなんですが、
普通は受験でいい点数をとるためのテクニックに偏った勉強をして
いることが多いので、高校の物理とつながっていることが理解
できないまま、難しい式を覚えるということになります。

 勿論受入れる側の大学にも問題があって、高校と大学の物理の
つながりを授業中ちゃんと説明せず、数式を羅列したりします。

 小さな事ですが、ポテンシャルエネルギーなんて言葉も
高校の物理には出てこないので、これは例えば高校まででやった
位置エネルギーなんかの事だと一言前置きしてくれればいいものを、
「エネルギーの関係は分かっているね」とかいって、いきなり
ラグラジアンやハミルトニアンの式を書くわけですから
たまったものではありません。

>物理を専攻にしている方は尊敬します。

 同感です。私は電子系の専攻だったのですが、自分の学科の
量子力学はだいたい分かったつもりでいたので、物理学科の
量子力学得論と言う授業をとったのですが、最初から殆ど
先生が言葉で説明せず、黒板に回転行列を書き続けるような
内容で、式の展開が分からないどころの話でなく、そもそも
何の計算をしているのか分かりませんでした。
 周りの物理学科の人たちに、この授業の参考になる本はないか
聞いたところ、計算方法が独特なので、あえて参考になるものと
言えば、先生の論文くらいしかないと言われ、周りで聞いていた
人たちも「そうそう」とうなずいていたの見て、物理学科の
物理関係の授業は論文レベルなんだと気づきました。


 
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まぁ、高校物理ってのは物理でもなんでもなく、古典数学ですから仕方ないですね。



数学屋が論理レベルで終わってしまうのに対して、物理ってのは、
自然現象を自然言語で記述しようとした学問です。
ですから、物理は「最初に結果ありき」なのです。
その自然現象を記述するために数学を使ってるに過ぎません。
それ以上でもそれ以下でもありませんので最適な言語が有れば、物理屋さんはさっさと乗り換えます(笑)

微分積分も1600年代にライプニッツが発明してますが、当時、微分積分の概念自体、なかなか理解されなかったのではないかと思います。

量子力学も難しいですが、そのうちライプニッツのような天才(=哲学者)が現れて、直感的に理解出来るような記述方法を編み出してくれますよ(^^;

例ですが、こういう事です。
2本腕のロボットを操作するのは、人間の腕も2本ですから、おそらく直感的に操作できます。
ところが、4本腕のロボットを二本腕の人間が直感的に操作出来るでしょうか?

数学は、前提を元に結果を得るもの。物理は結果を元に理屈を記述しようと言うものです。ですので、
5+5=10 は数学的には正しいですが、物理的には間違ってる可能性があります。
5+5=9 は数学的には誤りですが、物理的には正しいかもしれません。

そう言うことが理解できれば、物理ってのは楽しくなりますよ。
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確かに格段に数学的に難しくなります。


大学での物理の内容は多くが実際に物理学者が理論を裏付けるために
かなり苦労して導き出した手法を踏襲するのですから、当然と言えます。
簡単な計算式で求まる物は高校の物理の内容であって、大学では実際の
現象を物理的思考で導き出すことが出来るように学ぶ場所です。
単に授業を受けたから資格が取れて計算式に当てはめれば仕事が出来る
といった内容となるはずがありません。
大学で物理を専攻する人は基本原理から実際の現象を導き出せるように
なりたいと思っていなければなりません。
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私の場合は、大学時代には物理の実験系のラボにいましたが、「磁気ポーラロン」等 ちんぷんかんぷんなままだったりします。

でも、そういったものを観察するためのレーザーの研究だったり、実験の中から新しい物を見つけたりというのも物理の勉強だったりします。高校までは「習う物理」だったのが、大学では研究対象になってしまってるから、レベルが高いと感じるのでしょうね?きっと小説を読む側から、書く側に変わる...こんな立場の変化が高校までと大学からの学問への姿勢の違いではないでしょうか?がんばって、自分なりに理解してください。苦労すれば苦労した分だけ、卒業後にいろいろと役に立つと思いますよ。
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私は大学に入ってから本当の物理学が判った気がします。

加速度を積分すると速度、それを積分すると距離、なんて高校では微積分を習わなくても理解しないといけないから結局公式の暗記になってしまう。確かに、高校で数IIIを完全にマスターしてないと付いて行くのは難しいかも知れません。

入学直後の物理の2週目か3週目ですが、ベクトルの微積分を使って、ニュートンの運動方程式と引力の法則から惑星の楕円軌道を導くなんて、わくわくして講義を聞いてました。もちろん、数学の授業ではベクトル解析なんかやりませんが、ベクトル解析の基礎を平行して教えてくれました。

正規の物理学ではなく物理ゼミナールですが、力学(モーペルチュイの原理)とマクスウェルの電磁気方程式に光速度一定の仮定を入れてアインシュタインの特殊相対性原理を導くことを習って感動したものです。
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