注 : δ[ij]の[ij]は下つき文字 |
注 : ε[ijk]の[ijk]は下つき文字 |
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第1章 序章 1 |
1.1 マクスウェル方程式 1 |
1.2 SI系単位と物理定数 3 |
1.3 記法について 6 |
第2章 ベクトル再入門 8 |
2.1 ベクトルと内積 8 |
2.2 数ベクトルと量ベクトル 9 |
2.2.1 数と量 9 |
2.2.2 物理的次元 11 |
2.2.3 物理的次元とベクトル 11 |
2.3 基底と成分 12 |
2.4 座標系の変換 14 |
2.5 ベクトル積 17 |
2.6 双対ベクトル 19 |
2.6.1 双対空間 19 |
2.6.2 空間と物理量の双対性 20 |
2.6.3 双対基底 22 |
2.6.4 双対ベクトルの平行平面群による表現 24 |
第3章 テンソル 26 |
3.1 テンソル積 27 |
3.2 テンソル 28 |
3.2.1 2階のテンソル 28 |
3.2.2 高階のテンソル 29 |
3.2.3 双対空間とテンソル 30 |
3.2.4 縮約 30 |
3.2.5 対称性のあるテンソルの縮約 31 |
3.3 単位テンソルと完全反対称テンソル 32 |
3.4 テンソルの変換則と既約分解 33 |
3.5 平行四辺形と平行六面体―反対称テンソル 35 |
3.5.1 2次元の平行四辺形の面積 35 |
3.5.2 3次元における平行六面体の体積と平行四辺形の面積 37 |
3.5.3 2つの平行四辺形の重なり 38 |
3.6 テンソル積の反対称化 39 |
3.6.1 2つのコベクトルによる反対称テンソル 39 |
3.6.2 3つのコベクトルによる反対称テンソル 41 |
3.6.3 コベクトルと2階反対称テンソルによる反対称テンソル 42 |
3.6.4 反対称性 43 |
3.7 スカラー・ベクトルパラダイムとその問題点 43 |
第4章 場とブラックボックス 45 |
4.1 線要素,面積要素,体積要素 45 |
4.2 テンソル場―ブラックボックスとしての場 47 |
4.2.1 点スカラー場 47 |
4.2.2 力線ベクトル場 47 |
4.2.3 束密度ベクトル場 49 |
4.2.4 密度スカラー場 50 |
4.3 反対称テンソル場―微分形式 51 |
第5章 ベクトル解析と微分形式 53 |
5.1 微分積分学の基本定理 53 |
5.2 線積分,面積分,体積積分 54 |
5.2.1 線積分 55 |
5.2.2 面積分 55 |
5.2.3 体積積分 56 |
5.2.4 点積分 57 |
5.3 領域の境界 57 |
5.4 関数の勾配 58 |
5.5 ストークスの公式 59 |
5.6 ガウスの公式 62 |
5.7 星印作用素 65 |
5.8 テンソル表記されたマクスウェル方程式 67 |
5.9 ラプラシアン 68 |
5.10 勾配,渦,発散のイメージ 69 |
第6章 電場・磁場の幾何学的イメージ 71 |
6.1 真空中におけるEとD,BとHの関係 71 |
6.1.1 力に関係する場―EとB 73 |
6.1.2 源に関係する場―DとH 73 |
6.1.3 EとD,BとHの関係 75 |
6.2 反対称テンソルの向きづけ 77 |
第7章 デルタ関数と超関数 80 |
7.1 線形汎関数 80 |
7.2 関数列としての超関数 82 |
7.3 デルタ関数の微分 83 |
7.4 畳込み 84 |
7.5 3次元のデルタ関数とその表現 85 |
7.6 2次元,3次元でのスケール変換 87 |
7.7 クーロンポテンシャルの微分公式 88 |
7.8 点電荷に対するポアソンの方程式 90 |
第8章 クーロンの法則とビオ-サバールの法則 91 |
8.1 基本法則 91 |
8.2 静止した点電荷とデルタ関数 92 |
8.2.1 幾何学的方法 93 |
8.2.2 解析的方法 93 |
8.2.3 デルタ関数の利用 94 |
8.3 静電場―クーロンの法則 94 |
8.4 定常電流による磁場―ビオ-サバールの法則 96 |
8.5 ガリレイ変換 99 |
8.5.1 静的電束密度のガリレイ変換 100 |
8.5.2 等速運動する点電荷に対する電磁場 101 |
8.6 デルタ関数で与えられる電荷分布,電流分布 103 |
第9章 電気双極子と微小環状電流 105 |
9.1 電気双極子のつくる電場 105 |
9.2 微小環状電流がつくる磁場 106 |
9.3 電気双極子と微小環状電流のちがい 107 |
9.3.1 粗視化による比較 107 |
9.4 ベクトルポテンシャル 110 |
9.5 無限長ソレノイド 111 |
9.6 電気2重層 114 |
9.7 電気双極子と微小環状電流が受ける力 115 |
9.8 半無限ソレノイドと磁気的クーロンの法側 116 |
第10章 巨視的マクスウェル方程式 119 |
10.1 点状分布と連続分布 119 |
10.2 巨視的マクスウェル方程式 121 |
10.2.1 微視的マクスウェル方程式 121 |
10.2.2 電荷分布とデルタ関数 122 |
10.2.3 電流分布とデルタ関数 123 |
10.2.4 粗視化 124 |
10.3 電気双極子,微小環状電流の粗視化の意味 127 |
10.4 物質場 130 |
10.4.1 空間平均による点状分布の粗視化 130 |
10.4.2 積分量としてのモーメント 131 |
10.4.3 物質場のテンソル性 132 |
第11章 電磁場のエネルギーと運動量 133 |
11.1 電磁場のエネルギー 134 |
11.1.1 電場のエネルギー 134 |
11.1.2 磁場のエネルギー 135 |
11.1.3 場のエネルギー 135 |
11.1.4 場のエネルギーのテンソルによる表現 136 |
11.2 電磁場の力学的作用 136 |
11.3 エネルギー保存則 138 |
11.4 正弦波的に時間変化する場に対するエネルギー保存則 140 |
11.5 運動量の保存則 142 |
第12章 媒質と電磁場 145 |
12.1 媒質の応答 145 |
12.2 外場,内部平均場,局所場 148 |
12.3 外場による分極,磁化の生成 151 |
12.3.1 誘導モーメント 151 |
12.3.2 配向によるモーメント 154 |
12.4 媒質がつくる場 157 |
12.5 相互作用のループ 158 |
12.5.1 境界条件による解法 159 |
12.6 回転楕円体 160 |
12.6.1 回転楕円体の内部電場 160 |
12.6.2 回転楕円体の内部磁場 162 |
12.7 非等方粗視化関数を用いた場合の微分公式 163 |
12.8 帰還回路モデル 165 |
12.9 磁極―廃棄されるべき概念 167 |
12.10 EB対応とEH対応 171 |
12.11 原子の超微細構造 171 |
12.11.1 微視的磁気モーメント 171 |
12.11.2 電子スピンのつくる磁場 173 |
12.12 局所場 175 |
12.12.1 局所場と平均場の差 177 |
第13章 ローレンツ変換 178 |
13.1 相対論 178 |
13.1.1 電磁波 178 |
13.1.2 光速の不変性 179 |
13.2 ローレンツ変換 182 |
13.2.1 事象と4元ベクトル 182 |
13.2.2 双対基底 184 |
13.2.3 成分と基底の変換則 184 |
13.3 1次ローレンツ変換とガリレイ変換 186 |
13.4 2次の効果 187 |
13.4.1 ローレンツ短縮 188 |
13.4.2 時計の遅れ 188 |
第14章 相対論と電磁気学 190 |
14.1 電磁場の相対論的表現 191 |
14.1.1 4元2形式としての電場 191 |
14.1.2 Bの起源―電場2形式のローレンツ変換 192 |
14.1.3 4元2形式としての電束密度 193 |
14.2 4元微分形式のマクスウェル方程式 194 |
14.3 場の変換則 197 |
14.4 磁場の意義 197 |
14.5 磁場の幾何学的解釈 200 |
14.5.1 電流密度のローレンツ変換 200 |
14.5.2 電束密度の変換 202 |
14.6 相対論の公式のまとめ 204 |
第15章 解析力学と量子論 206 |
15.1 解析力学 206 |
15.1.1 エネルギー,運動量 206 |
15.1.2 作用,ラグランジアン 208 |
15.1.3 最小作用の原理 210 |
15.1.4 群速度 212 |
15.1.5 正準形式 213 |
15.1.6 ゲージの自由度 214 |
15.2 量子論と電磁気学 214 |
15.2.1 電磁ポテンシャル 214 |
15.2.2 量子力学におけるゲージ変換 216 |
15.2.3 アハラノフ―ボーム効果 217 |
15.2.4 磁気単極―磁荷の量子化 219 |
第16章 空間反転と擬テンソル 223 |
16.1 空間反転対称性 223 |
16.1.1 座標系の向きによる分類 224 |
16.1.2 体積 225 |
16.2 空間反転に伴う変換則 226 |
16.2.1 テンソルの変換則 226 |
16.2.2 擬テンソルの変換則 227 |
16.2.3 能動変換の場合 227 |
16.2.4 擬物理量 228 |
付録A 添字によるテンソル計算 231 |
A.1 アインシュタインの記法 231 |
A.1.1 テンソルの添字記法 231 |
A.1.2 δ[ij]とε[ijk] 232 |
A.1.3 微分 234 |
A.2 半対称テンソルに関する公式 235 |
A.3 テンソル七変化 235 |
付録B 曲線座標系におけるベクトル解析 237 |
B.1 双対基底 237 |
B.1.1 ベクトルの長さ 239 |
B.1.2 反変成分,共変成分 240 |
B.2 接空間の基底 240 |
B.3 接ベクトル空間上の線形形式―余接ベクトル 243 |
B.4 曲線座標系におけるベクトル解析 245 |
B.5 曲線座標に対する公式集 247 |
参考文献 249 |
索引 252 |