講義、セミナー資料、放送、配信などに関する情報
清水 明
これらの板書や資料の著作権は清水にあります。
ダウンロードして、勉強したり研究に役立てることは自由ですが、著者に無断で改変したり販売したりすることは禁じます。
last update : 2025/03/18 大阪大学 QIQBセミナーのスライドを公開
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清水 明
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大阪大学 QIQBセミナー（2025年3月6日, 7日）
input-output formulation（場の理論で言えば漸近場による記述）は，物理の様々な分野で使われています．とくに高エネルギー実験では核心的ですが，量子光学においても極めて重要です．ところが，量子光学の教科書におけるinput-output formulationの解説は，しばしば，量子論として私にはよくわからない記述になっています．そこで，input-output formulationの量子論的に正しい記述と，その応用と，さらに，input-output formulationを利用して，dynamical Casimir 効果やUnruh効果やHawking radiationまでを統一的に解説しました．そのスライドを公開いたします．第1部，第2部，input-outputとは無関係な量子エラー訂正についてのおまけです．
統計力学＋熱力学＋量子論の体系化
東京大学理学部物理学教室コロキウム(2025/01/24)のスライドを公開いたします．
研究のご参考にもなるかと思いますし，拙著の執筆方針についてのご参考にもなると思います．
清水明の、東京大学における最終講義（2022年3月22日）のスライド公開
遅ればせながら，最終講義のスライドを公開いたします。
公開が遅れたのは，民間企業時代のエピソードを公開する ことの可否の判断がつかなかったためですが，微妙と思われる部分を削除して公開 することにしました．
放送大学 物理の世界（岸根順一郎、清水明）
2024年4月から年に2回＋再放送をテレビ放送（無料）開始
2024年10月からインターネット配信も開始（無料）
僕の担当は第8回からです．熱力学や量子論のエッセンスを，短い時間に圧縮して教えようという（ちょっと無茶かもしれない）講義です．僕の教科書を分かりにくいと感じた方は，まずはこの放送を観るとよいかもしれません．
おおまかな内容は，授業科目案内 (YouTube) をご覧ください．
とくに，授業科目案内や，第14回ベルの不等式や，第15回の中に出てくる大阪大学の量子計算機ロケなどは，面白いかもしれません．また，第10回の32:00あたりからのエアコンの選び方は話題になっているようで，役に立つかもしれません．
授業は，次のいずれかの方法で視聴できます．画質は，BS231 > インターネット配信 > BS232 の順です．
東京大学 情報理工学研究科コンピュータ科学専攻・理学部情報科学科 合併講義
「量子現象・量子論入門」初学者のための量子論・情報科学特論Ⅳ 2024, 2023，2022
簡単な例を用いて量子現象・量子論を学び、その特徴について考察することにより、古典現象・古 典論との相違や共通点について理解できるようになることを目指す。 とくに、物理学科や化学科の学生には必須だが本質的ではない項目（1次元粒子、水素原子、摂動論…） は、ばっさり削除して、量子論の本質に迫ることを目標にする。 また、量子論の応用は半世紀以上も前から盛ん（トランジスター、LED、超伝導、…）なのに、なぜ最近になっ て再び声高に言われるようになったのかについて、その核にある部分を説明する。
東京大学 教養学部 １，２年生向け講義 (Aセメスター，金曜5限）
統計物理学 2022
統計力学の基礎を講義する。統計力学とは、マクロな物体について、ミクロな理論である古典力学や量子力学と、マクロな理論である熱力学とのギャップを埋める理論であり、現代の物理学の主柱の一本である。マクロな物体については、特殊な理論モデルとは異なり、運動方程式やシュレディンガー方程式を解くのは原理的に不可能になるが、むしろそのことを逆手にとって論理が組み立てられる。このことは、物理以外の道に進む学生にも、新鮮かつ有用な刺激になると思われる。 統計力学の講義や教科書は、先を急ぐあまり、とかく計算技術に偏りがちで、肝心な基礎の部分がおろそかになりがちであるが、この講義では、駒場の講義らしく、基礎の部分に重点を置いて解説する。また、ここ１０年ぐらいの研究の進捗を反映して、古い教科書とは決別する部分も含む。従って、部分的には、物理学科における３，４年次の講義よりも高度な内容を含む事になる。 なお、本講義を理解するには、力学と熱力学を履修していることが必須である。また、できれば、解析力学、量子論の基礎的な知識も有していることが望ましい。
2024年10月： この講義の内容を拡充した教科書を出版しました．
東京大学 総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系・教養学部統合自然科学科 合併講義
量子物理学（相関基礎科学系）・量子力学特論（統合自然科学科）2018-2020
2024年10月： こららの講義の内容を拡充した教科書の第１巻を出版しました．
2020年度 （板書写真を公開しています。誤字・脱字は、ご愛敬ということで…）
量子統計力学の研究は、20世紀後半には、応用面に重点が置かれていたように思う。それが、21世紀に入ってから、その基礎的な面まで大きく研究が進むようになった。本講義では、純粋状態統計力学や孤立量子系の量子統計力学などの、量子統計力学の最近の発展について講義する。また、生物学との関係で著しく重要性が増している一次相転移の熱力学と統計力学についても講義する予定である。
2019年度 （板書写真を公開しています。誤字・脱字は、ご愛敬ということで…）
量子統計力学・量子物理学の、あまり解説されない事項や最近の発展
Selected topics on quantum statistical mechanics and quantum physics
量子統計力学や量子物理学においては、重要あるいは便利だと思うのにあまり解説されない、という事項が少なくない。もちろん、人によってどれが重要かの判断も異なるだろうし、そもそも一人の人間が網羅的に解説するのは能力的にも時間的にも不可能だ。だからといって、何も解説しないのもいかがなものか。というわけで、オムニバス的になってしまうが、重要あるいは便利だと思うのにあまり解説されない事項をいくつか解説する。
CONTENTS
input-output formalism, particle creation from a false vacuum, thermal pure quantum formulation of quantum statistical mechanics, squeezed ensemble, what is obtained by Kubo formula, local field correction, and so on.
2018年度 （板書写真を公開しています。誤字・脱字は、ご愛敬ということで…）
いわゆる「純粋状態統計力学」として定式化された、熱的量子純粋状態形式による量子統計力学を講義する。
Lecture on the thermal pure quantum (TPQ) formulation of quantum statistical mechanics.
東京大学 教養学部 １，２年生向け講義
量子論
講義ノートの内 容を拡充した教科書「量子論の基礎」を出版しました。
2015年秋学期については、スペードマークが付いた項目を詳しく講義するというスタイルにしたので、板書の写真を公開します。これを少し易しくした解説を，「統計力学の基礎 I」の16.1節に書きました．
福岡大学大学院 集中講義 2019
応用数学の大学院生が対象だったので、古典力学は高校の範囲までしか習ったことがなく、量子力学も、熱力学も、古典統計力学も、量子統計力学もまったく知らない、という学生に量子統計力学のTPQ形式を教える、という無謀な挑戦でした。 そこで、これらの背景知識に関して、とにかく必要最小限にとどめる、という方針で臨みました。 なんとか乗り切ったように思っていますが、学生さんたちはどう感じたのかな。。。
板書の写真を公開します。 誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
東京大学 総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系・教養学部統合自然科学科 合併講義
非平衡熱統計力学（相関基礎科学系）・量子力学特論（統合自然科学科） 2017
非平衡熱統計力学、特に量子系の線形応答を中心にして、基礎的な問題を講義する。
線形応答理論は、正しく理解されているというにはほど遠い状況にあり、教科書にも論文にも、怪しげな論理展開と、明らかに間違っている結果が蔓延してい る。以下で参考書として挙げた推奨教科書にも間違った結果が書かれているほどである。 過去の講義では、それらの実例を挙げることは控えていたが、それでは伝わらないことがわかったので、今回は、実例を挙げながら、正しい理論と、未解決な問 題を解説する。
さらに、非平衡統計力学が、他の分野でいかに活躍しているかも、実例を挙げて解説する。たとえば、揺動散逸定理は、応答からゆらぎを知るためにきわめて重要な関係式として、半導体レーザーやLEDの振幅スクイージングや、重力波検出装置の設計にまで、幅広くで利用されている。そのような実例を解説する。
また、ごく最近の話題として、熱的量子純粋状態を用いた線形応答理論や、揺動散逸定理の量子破綻についても解説する。
板書の写真を公開します： 誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
東京大学 総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系・教養学部統合自然科学科 合併講義
統計力学特論（相関基礎科学系）・量子力学特論（統合自然科学科）2016, 2015
The principles of equilibrium statistical mechanics are presented on the basis of recent advances in research on its foundations. Instead of traditional but misleading arguments, this book is based on the typicality, i.e., the fact that almost all microstate is an equilibrium state. This leads to many possible formulations of statistical mechanics, including the traditional ensemble formulation and the new formulation called the thermal pure quantum formulation. This book presents these two formulations, and clarify their relations, advantages and disadvantages in practical applications. The first nine chapters can be used as a textbook for undergraduate students. Although the latter chapters are for graduate students and researchers, they are written in such a way that motivated undergraduate students can also understand them.
1. What is statistical mechanics?
2. Brief summary of thermodynamics
3. Basic ideas - Typicality and Boltzmann relation
4. Ensemble formulation - principles
5. Requirement on microscopic physics
6. Other ensembles
7. Applications to classical particle systems
8. Application to quantum particle systems
9. Phase transitions
10. Thermal pure quantum formulation
11. Response to change of parameters
12. Fluctuations
13. Some advanced topics
2016年度 （板書写真を公開しています。誤字・脱字は、ご愛敬ということで…）
2015年度 （板書写真を公開しています。誤字・脱字は、ご愛敬ということで…）
2024年10月： これらの講義の内容を拡充した教科書の第１巻を出版しました．
東京大学 教養学部 文科１，２年生向け講義
物理科学II 2013-2016, 2018
講義内容： 時間と空間と物理学
物理学の発展は、我々の、時間や空間に対する理解や見方までも変えてゆく。そのことを、アインシュタインの1905年の特殊相対性理論による大革命を例にとって解説し、その壮大な風景を垣間見てもらうことが本講義の目的である。
物理の考察の対象は広大だが、もっとも簡単な対象は、たった1個の粒子である。この講義では、その１個の粒子の運動を考えるだけでも、すでに、時間や空 間に関する根本的な考察が必要になることを示すことから始める。そして、時間に関して、「時間は万物にとって等しく流れる」というきわめてもっともらしい 仮定をおき、それに加えていくつかの「さらにもっともらしい仮定」もおく。それらの仮定の下に、既知の実験結果を参照しながら、論理を積み重ね、様々な論 理的帰結を導く。こうして、アインシュタイン以前の理論である、ニュートン力学に到達する。
一方で、少し観点を変えて、「はたして、影響や情報が遠方に伝わる速度に上限があるのだろうか？」という問いを発してみる。ニュートン力学を正しいと認 めると、上限がないことが結論できる。しかし、「上限がある」というのもまた、「きわめてもっともらしい仮定」ではないか？そこで、「影響や情報が遠方に 伝わる速度には、上限がある」という仮定を出発点に据えてみる。それに加えて、ニュートン力学を導いたときと同様の、「さらにもっともらしい仮定」もお く。それらの仮定の下に、論理を積み重ね、様々な論理的帰結を導く。すると、ニュートン力学の根本的な仮定であった、「時間は万物にとって等しく流れる」 という「きわめてもっともらしい仮定」が否定されてしまう！
こうなると、どちらの理論が正しいかは、実験で判断するしかない。全ての実験結果は、相対性理論を支持した。その結果、「時間は万物にとって等しく流れ る」という、人類が、おそらく地球上に現れてから1905年になるまでの数百万年の間ずっと信じていたであろう常識が否定されてしまったのだ。その常識が 正しいように見えていたのは、測定精度が低い、または、測定対象が限定されていたために過ぎなかったのだ。
以上のような壮大な知的冒険は、単なる「お話」レベルの講義では、味わうことは不可能である。そこで、物理学を理解するのに（現在知られている中で）最 良の言語である数学を使いながら、できるだけきちんと教える。もちろん、必要な数学の知識はその場で全て教えるが、論理を何段も積み重ねて結論に達するの で、真剣に学ばないと全く何も理解できないだろう。しかし、真摯に学べば、最後には、壮大な風景を垣間見てもらうことができると思う。
板書の写真を公開します： 2016年版 2015年版 2014年版 2013年版
誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
大学院（広域科学専攻相関基礎科学系）講義
非平衡熱統計力学 2014年
講義内容： 非平衡熱統計物理学の基礎
線形応答を中心に、非平衡熱統計物理学の基礎を講義する。時間が許せば、最近の発展についても解説する。なお、この講義は相関基礎科学系Cグループの、コア科目のひとつに指定されている。
板書の写真を公開します。誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
教養学部 統合自然科学科 講義
数理科学概論 2014年 第11回
講義内容： 物理状態とは何か？
自然科学では、「状態とは何か？」を考えるところから始めるべきである。しかし、現実には、そこをスキップしてして議論を進めてしまうことが多い。そのために、学習や研究がかなり進んだところで、急に分からなくなってしまうことが少なくない。そこでこの講義では、自然科学における「状態」や「物理量」の一般的な定義を解説し、古典力学や量子力学のような個別の理論がどういうケースにあてはまるのかを説明する。
板書の写真を公開します。誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
大学院（広域科学専攻相関基礎科学系）講義
量子物理学 2012年
講義内容： 量子統計力学の基礎的問題に関する最近の発展
統計力学の基礎的問題については、従来は古典系を対象にすることが多かったが、近年、量子系を対象にした研究が著しく進展しつつある。古典系と違って量子 系は、自然な測度を備えていることや、純粋状態でも確率的性格を持つことなど、本質的に統計力学と相性が良い。そのために、古典系では見えなかったこと が、量子系を対象にすることで、初めて明確に見えてきたのである。これらについて講義する。特に、1個の量子純粋状態が持つ統計力学的性質を明らかにし、 アンサンブルを用いない統計力学の新しい定式化を解説する。さらに、時間が許せば、線形応答理論の基礎的問題についても解説する。
１．概要
２．統計力学の原理の復習
３．等重率の本質
４．マクロ系の1個の量子状態の性質
５．アンサンブルを用いない統計力学
６．ミクロ状態のマクロ純粋状態への分解
７．アンサンブルの等価性にかかわる問題
８．可積分系は熱平衡化するか？
９．線形応答理論の基礎的問題
板書の写真を公開します。誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
2024年10月： この講義の内容を拡充した教科書の第１巻を出版しました．
大学院（広域科学専攻相関基礎科学系）講義
多体系の理論 2009年
平衡統計力学についてやや高度な事項と線形非平衡統計力学と非線形非平衡統計力学について既に知られている（確立している）が見落とされがちな事項を講義する。時間が余ったら最近の話題にも触れる。
板書の写真を公開します。誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
量子非平衡統計力学 2010年
非平衡統計力学は、基礎物理としても、応用物理としても、極めて重要であり、活発に研究 されている。 線形非平衡領域については、既に理論が確立している（いわゆる線形応答理論）ものの、現実には、多くの重要な事項が、あまり認識されていな いのが実情である。 また、非線形非平衡領域については、平衡状態のまわりの外場に関する摂動展開で扱える領域での理論は、ほぼ確立されている。しかしな がら、線形非平衡領域と同様に、多くの重要な事項が、あまり認識されていないのが実情である。 そこで、本講義の前半では、これらの領域について、見落と されがちな事項を講義する。 さらに、平衡状態のまわりの摂動展開で扱えない非線形非平衡領域では、普遍的で、物理として意味のあるような関係式は、ほと んど発見されていない。即ち、今までに発見されていたのは、（直接は実験できないような）形式的な関係式とか、特殊な系でのみ成立するような普遍性に乏し いものばかりであった。 ところが最近、普遍的で、直接実験にかかるような関係式が見いだされた。本講義の後半では、これについて解説する。
1. 非平衡統計力学
2. 線形非平衡領域
3. 非線形非平衡領域
3.1 平衡状態のまわりの外場に関する摂動展開
3.2 平衡状態のまわりの摂動展開で扱えない領域
4. 非平衡定常状態における普遍的関係式
4.1 非平衡定常状態の線形応答
4.2 非平衡定常状態の非線形応答
東京大学 教養学部 文科１，２年生向け講義
物理科学II -- エネルギー保存則 2009年
文系の学生に、エネルギー保存則をちゃんと教える、という野心的な講義です。理系の学生に教えるときは、応用とか実用上便利な道具にかなりの時間をさかないといけないので、原理原則を丁寧に教える時間がとれないのですが、この講義の場合は、原理原則だけ教えればいいので、むしろ理系相手の講義の時よりも原理原則をきちんと教えることができています。これは、自分でも驚きでした。理系も、こういう講義があったほうがいいかもしれない…。
講義の概要
エネルギー保存則は、物理学で最も重要な法則のひとつであるが、物理学に留まらずに、化学、生物、工学、社会問題など、きわめて広い分野にわたって、その 礎のひとつとなるような重要な法則でもある。たとえば、世情を賑わすエネルギー問題や環境問題を考えるときも、最も重要な基礎概念のひとつである。
ところが、テレビのキャスターなどの発言を聞いていると、エネルギー保存則すら知らないままこれらの問題を論じている事が少なくないように見える。そういう人々が社会に影響力を持っているようでは困る。
しかし、考えてみれば、日本で、高校ぐらいの早い時期から文系の教育を受けた場合には、エネルギー保存則をほとんど教えられていないはずだから、このよう な哀しい状況は、教育プログラムの欠陥のためにもたらされたものであろう。そこで、文系の教育を受けてきた学生諸君に、エネルギー保存則について、可能な 範囲で教えることを試みようと思い立った。
単なる「お話」レベルでは結局は何もわからないので、（エネルギー保存則を含む）物理学を理 解するのに（現在知られている中で）最良の言語である数学を使いながら、できるだけきちんと教える。もちろん、必要な数学の知識はその場で全て教えるが、 論理を何段も積み重ねて結論に達するので、真剣に学ばないと全く何も理解できないだろう。しかし、真摯に学べば、最後には、エネルギー保存則が、「時間が 経っても物理法則は変わらない」ということの帰結である、という深遠な事実までも理解できるであろう。
板書の写真を公開します。誤字・脱字がありますが、ご愛敬ということで…。
全学自由ゼミナー ル「アインシュタインと現代物理学」
この講義の内容は、アインシュタインと21世紀の 物理学（日本物理学会編, 日本評論社2005）として出版されています。
講義で用いた「EPRパラドックスからベルの不等式へ」のスライド（PDFファイル）を公開します．
講義の内容についての、 御意見・御質問を歓迎いたします
「どうか単位を下さい」とか「試験はいつですか」 といった類の、講義の内容自体とは無関係なことはお断りします。
他の人の書いた本の記述については、「講義内容とここが矛盾しているが、どうなっているん だ？」という質問には、できるだけお答えするつもりですが、単に、「この本のここを教えてくれ」と いうような、講義内容とは無関係な質問は、お答えしません。そういう質問は、その本の著者にすべきです。
返事には、数ヶ月以上かかる可能性があります。また、どこの誰とも名乗っていないメールには、いっさい返事はしません。怖いですから。
以上を承知していただいた上で、連絡フォームにてご連絡ください。