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マクスウェル方程式からの論理的な繋がりを意識した記述により、現代的な特殊相対論の枠組みを「電磁気の共変形式」を軸に構成する。理解を深める物理パラドックスについても解説。Ｐｙｔｈｏｎによる演習も盛り込んだ。

【主な目次】
第1章　この本の概要
第2章　古典電磁気学とマクスウェル方程式
第3章　マクスウェル方程式から特殊相対性理論へ
第4章　光速度不変の原理とその物理的意味
第5章　ミンコフスキー空間
第6章　マクスウェル方程式の共変性
第7章　電場・磁場の変換規則
第8章　物質中の電磁場とマクスウェル方程式
第9章　特殊相対論の実験的検証
第10章　相対性力学
第11章　電磁場のゲージ変換とゲージ不変性
第12章　変分原理と解析力学
第13章　電磁場と変分原理
第14章　運動する点電荷の作る電磁場
第15章　特殊相対性理論の理解を深める
付録A　ベクトル演算の公式
付録B　SageManifold/SageMath
付録C　練習課題

第1章　この本の概要
1.1　マクスウェル方程式と特殊相対性理論
第2章　古典電磁気学とマクスウェル方程式
2.1　マクスウェル方程式の物理的意味
2.2　電磁波の予言
第3章　マクスウェル方程式から特殊相対性理論へ
3.1　ニュートンの運動方程式とガリレイの相対性原理
3.2　アインシュタインの特殊相対性原理
第4章　光速度不変の原理とその物理的意味
4.1　光速度不変の原理の確認
4.2　同時の相対性とローレンツ収縮
4.3　特殊相対性理論での時計の遅れ
4.4　速度の合成
第5章　ミンコフスキー空間
5.1　ミンコフスキー空間と4次元座標
5.2　ミンコフスキー空間とローレンツ変換
第6章　マクスウェル方程式の共変性
6.1　スカラーポテンシャルとベクトルポテンシャル
6.2　試験電荷が電流から受ける力
第7章　電場・磁場の変換規則
7.1　復習：ローレンツ共変形式のマクスウェル方程式
7.2　電荷の分布と電流の関係
7.3　電磁場テンソルの変換規則
7.4　移動する荷電粒子の作る電磁場
7.5　互いに逆方向に走る逆符号の電荷を持つ点電荷の作る電磁場
7.6　完全反対称テンソル
7.7　物質中でのマクスウェル方程式
7.8　エネルギー・運動量テンソル
7.9　エネルギー・運動量の保存則
第8章　物質中の電磁場とマクスウェル方程式
8.1　導体と誘電体、磁性体
8.2　物質中のマクスウェル方程式
8.3　等速運動する物質中の電場／磁場の変換則
第9章　特殊相対論の実験的検証
9.1　フィゾーの実験と速度の合成則
9.2　横ドップラー効果と時計の遅れ
9.3　マイケルソン‐モーレー実験
第10章　相対性力学
10.1　速度と4元速度
10.2　相対論的運動方程式
10.3　ローレンツ力
第11章　電磁場のゲージ変換とゲージ不変性
11.1　ゲージ変換
11.2　4元波数ベクトルの導入と相対論的ドップラー効果
第12章　変分原理と解析力学
12.1　変分原理を使った運動方程式の表現
12.2　ラグランジュ形式と最小作用の原理
12.3　ラグランジアンとネーターの定理
12.4　ハミルトン形式とハミルトニアン
12.5　ルジャンドル変換とハミルトニアン
12.6　ポアソンの括弧式
第13章　電磁場と変分原理
13.1　電磁場のエネルギー・運動量テンソル
13.2　電磁場の正準形式
13.3　ラグランジアンとゲージ条件
13.4　ルジャンドル変換
第14章　運動する点電荷の作る電磁場
14.1　グリーン関数
14.2　ゲージ条件の確認
14.3　グリーン関数を用いたリエナール‐ウィーヘルトポテンシャルの導出
14.4　リエナール‐ウィーヘルトポテンシャルの物理的意味
14.5　一様速度で動く点電荷の作るポテンシャル
第15章　特殊相対性理論の理解を深める
15.1　双子のパラドックス
15.2　棒と穴のパラドックス

著：山本 昇
1955年兵庫県神戸市出身。大阪大学大学院理学研究科修了、理学博士。大阪大学 湯川奨学生、日本学術振興会 奨励研究員、カナダ・アルバータ州立アルバータ大学理学部 博士研究員などを経て、2019年に高エネルギー加速器研究機構 加速器研究施設 教授を退職。同機構名誉教授。現在（2024年）も同施設 非常勤研究員として研究活動を続けている。