日本語 English
| 開講年度/ Academic YearAcademic Year |
20242024 |
| 科目設置学部/ CollegeCollege |
理学研究科/Graduate School of ScienceGraduate School of Science |
| 科目コード等/ Course CodeCourse Code |
LA106/LA106LA106 |
| テーマ・サブタイトル等/ Theme・SubtitleTheme・Subtitle |
数値的相対論の基礎および応用 |
| 授業形態/ Class FormatClass Format |
対面（全回対面）/Face to face (all classes are face-to-face)Face to face (all classes are face-to-face) |
| 授業形態（補足事項）/ Class Format (Supplementary Items)Class Format (Supplementary Items) |
対面 |
| 授業形式/ Class StyleCampus |
講義/LectureLecture |
| 校地/ CampusCampus |
池袋/IkebukuroIkebukuro |
| 学期/ SemesterSemester |
秋学期他/Fall OthersFall Others |
| 曜日時限・教室/ DayPeriod・RoomDayPeriod・Room |
ログインして教室を表示する（Log in to view the classrooms.） |
| 単位/ CreditsCredits |
22 |
| 科目ナンバリング/ Course NumberCourse Number |
PHY5390 |
| 使用言語/ LanguageLanguage |
日本語/JapaneseJapanese |
| 履修登録方法/ Class Registration MethodClass Registration Method |
科目コード登録/Course Code RegistrationCourse Code Registration |
| 配当年次/ Assigned YearAssigned Year |
配当年次は開講学部のR Guideに掲載している科目表で確認してください。配当年次は開講学部のR Guideに掲載している科目表で確認してください。 |
| 先修規定/ Prerequisite RegulationsPrerequisite Regulations |
|
| 他学部履修可否/ Acceptance of Other CollegesAcceptance of Other Colleges |
履修登録システムの『他学部・他研究科履修不許可科目一覧』で確認してください。 |
| 履修中止可否/ Course CancellationCourse Cancellation |
－（履修中止制度なし/ No system for cancellation) |
| オンライン授業60単位制限対象科目/ Online Classes Subject to 60-Credit Upper LimitOnline Classes Subject to 60-Credit Upper Limit |
|
| 学位授与方針との関連/ Relationship with Degree PolicyRelationship with Degree Policy |
各授業科目は、学部・研究科の定める学位授与方針（DP）や教育課程編成の方針（CP）に基づき、カリキュラム上に配置されています。詳細はカリキュラム・マップで確認することができます。 |
| 備考/ NotesNotes |
RA106宇宙物理特論２と合同授業 集中講義：日程はR Guide「集中講義日程」を確認すること |
The primary purpose of the lectures is to acquire the basic knowledge of Numerical Relativity and to learn its application to multimessenger astronomy. Particularly, the goal of this lecture is to learn the basics of the formulation problem in Numerical Relativity, the basics of numerical hydrodynamics, and the basics of numerics.
In this lecture, I will begin by reviewing the recent progress of multimessenger astronomy and understanding the scientific background of this topic. Particularly, I will focus on why we need numerical relativity in the multimessenger era. In the first half, I will explain the formulation problem for solving the Einstein equation and introduce the 3+1 decomposition. Then, I will review the pathology of this formulation and introduce the reformulation by Baumgarte, Shapiro, Shibata, and Nakamura. Also, I will introduce the basics of hydrodynamics and techniques on how to solve the equation numerically. Then, in the final part, I will introduce its application to numerical modeling of gravitational wave sources.
| 1 | タイトル：マルチメッセンジャー天文学と数値相対論 連星中性子星合体の観測をレビューし、マルチメッセンジャー天文学の発展と現状について学ぶ。特に数値相対論と呼ばれる研究分野がなぜ必要であるかを重点的に説明する。授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 2 | タイトル：数値相対論の定式化問題1 アインシュタイン方程式の定式化問題の基礎を学ぶ。本講義ではアインシュタイン方程式の3+1分解に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 3 | タイトル：数値相対論の定式化問題2 引き続き、アインシュタイン方程式の3+1分解に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 4 | タイトル：数値相対論の定式化問題3 3+1分解による定式化の問題点についてレビューし、Baumgarte, Shapiro, Shibata, Nakamura（BSSN）による再定式化を学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 5 | タイトル：数値相対論の定式化問題4 BSSN形式がなぜ問題を解決したのか、その論理について講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 6 | タイトル：数値解法の基礎 偏微分方程式の数値解法の基礎に関して講義を行う。特に有限差分法に関する説明を重点的に行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 7 | タイトル：数値流体の基礎1 流体力学に関する講義を行う。特に非相対論的流体から講義をはじめ、磁気流体、相対論的流体、輻射流体の講義を順次展開する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 8 | タイトル：数値流体の基礎2 引き続き流体力学に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 9 | タイトル：数値流体の基礎3 流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。有限体積法に基づく高解像度衝撃波捕獲法、リーマン問題についての講義を展開する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 10 | タイトル：数値流体の基礎4 引き続き、流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 11 | タイトル：数値流体の基礎5 引き続き、流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 12 | タイトル：数値相対論の応用1 前講義までに学んだ知識をベースにして、数値相対論の具体的な応用例について講義を行う。特に中性子星やブラックホールといったコンパクト天体のダイナミクスを中心に最新の話題を紹介する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 13 | タイトル：数値相対論の応用2 引き続き、数値相対論の応用例についての講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 14 | タイトル：数値相対論の応用3と今後の展望 数値相対論による重力波源のモデリングの現状と今後の展開についての講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
板書 /Writing on the Board
スライド（パワーポイント等）の使用 /Slides (PowerPoint, etc.)
上記以外の視聴覚教材の使用 /Audiovisual Materials Other than Those Listed Above
個人発表 /Individual Presentations
グループ発表 /Group Presentations
ディスカッション・ディベート /Discussion/Debate
実技・実習・実験 /Practicum/Experiments/Practical Training
学内の教室外施設の利用 /Use of On-Campus Facilities Outside the Classroom
校外実習・フィールドワーク /Field Work
上記いずれも用いない予定 /None of the above
一般相対論の基礎知識およびテンソル計算等について、あらかじめ学んでおくことを要請する。また、力学、電磁気学、統計力学、量子力学等の基礎物理についても学部課程までに学んだことは理解していることを望む。
| 種類 (Kind) | 割合 (%) | 基準 (Criteria) |
|---|---|---|
| 平常点 (In-class Points) | 100 |
出席及び授業参加度(100%) |
| 備考 (Notes) | ||
なし/None
本講義の目標は、数値的相対論の基礎知識を獲得し、マルチメッセンジャー天文学におけるその応用について学ぶことを目標とする。特に本講義においては、数値相対論の定式化に始まり、数値流体の基礎、数値計算の基礎について学ぶ。特に前期課程の学生の目標は数値相対論における定式化を正しく理解することに設定する。
The primary purpose of the lectures is to acquire the basic knowledge of Numerical Relativity and to learn its application to multimessenger astronomy. Particularly, the goal of this lecture is to learn the basics of the formulation problem in Numerical Relativity, the basics of numerical hydrodynamics, and the basics of numerics.
本講義では、近年の重力波及びマルチメッセンジャー天文学の観測的進展を俯瞰することで学術的背景を理解するところから始める。特に数値相対論と呼ばれる研究分野がなぜ必要であるのかという点に軸足を置き、講義を展開する。まず、前半部ではアインシュタイン方程式の定式化問題について理解するために、3+1分解およびその問題点、ゲージ条件、Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamuraによる再定式化について学ぶ。また、数値解法の基礎についても講義を行う。さらに後半部では、流体力学の基礎、数値流体の基礎についても学ぶ。数値相対論の基礎知識を一通り学んだ後は、その具体的な応用について講義を行う。
In this lecture, I will begin by reviewing the recent progress of multimessenger astronomy and understanding the scientific background of this topic. Particularly, I will focus on why we need numerical relativity in the multimessenger era. In the first half, I will explain the formulation problem for solving the Einstein equation and introduce the 3+1 decomposition. Then, I will review the pathology of this formulation and introduce the reformulation by Baumgarte, Shapiro, Shibata, and Nakamura. Also, I will introduce the basics of hydrodynamics and techniques on how to solve the equation numerically. Then, in the final part, I will introduce its application to numerical modeling of gravitational wave sources.
| 1 | タイトル：マルチメッセンジャー天文学と数値相対論 連星中性子星合体の観測をレビューし、マルチメッセンジャー天文学の発展と現状について学ぶ。特に数値相対論と呼ばれる研究分野がなぜ必要であるかを重点的に説明する。授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 2 | タイトル：数値相対論の定式化問題1 アインシュタイン方程式の定式化問題の基礎を学ぶ。本講義ではアインシュタイン方程式の3+1分解に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 3 | タイトル：数値相対論の定式化問題2 引き続き、アインシュタイン方程式の3+1分解に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 4 | タイトル：数値相対論の定式化問題3 3+1分解による定式化の問題点についてレビューし、Baumgarte, Shapiro, Shibata, Nakamura（BSSN）による再定式化を学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 5 | タイトル：数値相対論の定式化問題4 BSSN形式がなぜ問題を解決したのか、その論理について講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 6 | タイトル：数値解法の基礎 偏微分方程式の数値解法の基礎に関して講義を行う。特に有限差分法に関する説明を重点的に行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 7 | タイトル：数値流体の基礎1 流体力学に関する講義を行う。特に非相対論的流体から講義をはじめ、磁気流体、相対論的流体、輻射流体の講義を順次展開する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 8 | タイトル：数値流体の基礎2 引き続き流体力学に関する講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 9 | タイトル：数値流体の基礎3 流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。有限体積法に基づく高解像度衝撃波捕獲法、リーマン問題についての講義を展開する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 10 | タイトル：数値流体の基礎4 引き続き、流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 11 | タイトル：数値流体の基礎5 引き続き、流体力学の基礎方程式を数値的に解く解法について学ぶ。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 12 | タイトル：数値相対論の応用1 前講義までに学んだ知識をベースにして、数値相対論の具体的な応用例について講義を行う。特に中性子星やブラックホールといったコンパクト天体のダイナミクスを中心に最新の話題を紹介する。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 13 | タイトル：数値相対論の応用2 引き続き、数値相対論の応用例についての講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
| 14 | タイトル：数値相対論の応用3と今後の展望 数値相対論による重力波源のモデリングの現状と今後の展開についての講義を行う。 授業形態：パワーポイントおよび板書 |
板書 /Writing on the Board
スライド（パワーポイント等）の使用 /Slides (PowerPoint, etc.)
上記以外の視聴覚教材の使用 /Audiovisual Materials Other than Those Listed Above
個人発表 /Individual Presentations
グループ発表 /Group Presentations
ディスカッション・ディベート /Discussion/Debate
実技・実習・実験 /Practicum/Experiments/Practical Training
学内の教室外施設の利用 /Use of On-Campus Facilities Outside the Classroom
校外実習・フィールドワーク /Field Work
上記いずれも用いない予定 /None of the above
一般相対論の基礎知識およびテンソル計算等について、あらかじめ学んでおくことを要請する。また、力学、電磁気学、統計力学、量子力学等の基礎物理についても学部課程までに学んだことは理解していることを望む。
| 種類 (Kind) | 割合 (%) | 基準 (Criteria) |
|---|---|---|
| 平常点 (In-class Points) | 100 |
出席及び授業参加度(100%) |
| 備考 (Notes) | ||
なし/None