FYSY0100 Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa yleissivistävästi (2 cr)

Modernin fysiikan tuntemus kuuluu yleissivistykseen. Se on nyky-yhteiskunnan teknologisen kehityksen perusta ja sen pohjalta voidaan ratkoa energiankulutuksen ja -tuotannon sekä ilmaston lämpenemisen haasteita. Silti lukion opetussuunnitelmassa modernin fysiikan sisältöjä on perin vähän. Tämä kurssi täydentää lukion fysiikan opintojen yleissivistävyyttä ja tukee ylioppilaskirjoituksiin valmistautumista modernin fysiikan osalta. Kurssi painottuu kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian käsitteiden havainnollistamiseen simulaatioiden ja yksinkertaisten matemaattisten mallien avulla.

Kvanttimekaniikan sisältöjä

• Kvanttimekaaninen tila ja sen liikeyhtälö

• Sidotut tilat, epätarkkuusperiaate ja tunneloituminen

• Tilojen superpositio ja lomittuminen

• Schrödingerin kissa ja kvanttilaskenta

Suhteellisuusteorian sisältöjä

• Einsteinin suhteellisuusperiaate

• Liikkeen ja ajan suhteellisuus

• Pituuden kutistuminen ja ajan venyminen

• Yleinen suhteellisuusteoria, gravitaatioaallot ja mustat aukot 

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• hahmottaa kvanttimekaanisen tilan käsitteen ja sen merkityksen

• osaa kuvailla kvanttimekaniikan todennäköisyystulkinnan periaatteita

• tunnistaa klassisen mekaniikan ja kvanttimekaniikan periaatteellisia eroja

• osaa kertoa suhteellisuuden periaatteen ja kuvailla sen seurauksia

• osaa laskea ajan ja pituuden suhteellisia muutoksia liikkuville havainnoitsijoille

• osaa kuvailla suhteellisuusperiaatteen kosmologisia seurauksia 

• Derivaatan hyvä hallinta, integroinnin hallinta on eduksi.

• Koordinaatistot ja vektorit 

Verkkomateriaalit, videoluennot, simulaatiot.