주된 학과

응용물리학과 / 물리공학과 / 재료물리공학과 / 물리시스템공학과 / 물리생명시스템과학과 / 공학기초학류 / 전자물리과학과 / 전기정보 · 물리공학과 / 환경물질화학과 / 시스템공학과 / 기계 · 에너지 시스템공학과 / 에너지과학과 / 시스템제어공학과 / 제어시스템공학과 / 시스템창성정보공학과 / 응용자연과학과 / 응용이공계 (北大) / 물리정보공학과 / 수리공학과 / 응용수리공학과 / 계수공학과 / 정보학과 (京大) / 기계지능공학과 / 지능물리공학과 / 양자 · 물질공학과 / 물질광과학과 / 물질생명공학과 / 선두공학기초학과 / 국제종합과학과 ( 橫浜市大)

응용물리학과에서는 무엇을 배우는가?

응용물리학은 물리학의 영역을 공학에 응용하려고 해서 일본에서 발상하였습니다. 학제적인 색채가 농후한 학문분야입니다. 수학과 물리의 기초를 학습하고 현대과학의 기초인 논리에 기초를 두고 과학적인 방법을 배우고 익혀 미지의 분야를 개척합니다. 미성미념(未成未念)에 구애되지 않고 자유로운 발상으로 맞부딪히는 도전적인 영역이라고 말할 수 있습니다.

학문의 현상과 과제

물리학을 전문적으로 배우면 물리학은 아직 그 입구에 서있는 것에 지나지 않는 것을 알 수 있습니다. 예로 복수의 입자가 힘을 미치고 있는 계통의 운동을 기술하는 문제(다체문제라고 불립니다)는 양자론, 고전론에 공통인 어려운 문제입니다. 극저온에서 금형의 전기저항이 제로로 되는 초전도현상은 그 일례입니다. 이 초전도현상은 Bardeen, Cooper, Shrieffer에 의한 이론에 의해서 훌륭하게 설명되고, 1972년에 노벨상이 주어졌습니다. 그러나 이것은 오히려 예외적인 성공 예입니다. 실제, 1980년대 후반에 발표된 고온초전도현상의 구조는 미해명입니다.
또한 양자정보기술은 21세기의 안전안심사회를 실현하는 궁극의 SECURITY와 초고속의 계산을 가능하게 하는 꿈의 기술로써 주목되고 있습니다. 양자역학에서는 시간공간이 떨어진 점의 상태가 관계한다라고 하는 성질이 있습니다. 이것은 양자역학적인 非局所相關이라 불립니다. 이 성질은 우리들의 일상적인 체험과 상반하는 이상한 성질이고 양자력학의 여명기에 ‘물질의 인식’에 관계되는 철학적인 문제 혹은 Paradox로써 의논됩니다. 그것을 기술로써 활용하는 시대가 도래하고 있습니다.
이 성질을 사용하면 원리적으로 도청을 허락하지 않는 암호통신이 가능하게 됩니다. 이 양자암호통신은 이미 실용을 시야에 들어온 연구가 시작되고 있습니다. 또한 통상의 계산기로는 불가능한 계산을 곧 바로 합니다. 이 실현에는 극복해야 할 과제가 산적하고 있습니다. 더욱 큰 것은 양자 비트라고 불리는 양자연산의 단위를 어떻게 만드는가라고 하는 문제입니다. 그 때문에 원자 등의 물질입자를 궁극적으로 컨트롤하는 선두기술이 필요하게 됩니다.
현재 응용물리학의 분야에서는 이온, 원자, 분자 혹은 나노가공을 이용한 인공원자계라고 하는 계통에서 실험이 행하여지고 있습니다. 이처럼 양자계와 인간이 정보를 주고 받기 위해서는 빛과 양자비트를 접속하는 구조가 필요하게 됩니다. 여기에서는 빛을 그 궁극의 단위인 광자 하나의 레벨로써 확실하게 다뤄지지 않으면 안됩니다. 이처럼 빛과 물질을 제어하는 기술을 매듭짓는 것이 응용물리학의 중요한 과제의 하나로 되어 있습니다.
이것들은 선두기술과 선두물리학이 보조를 맞추어서 해결해야 할 과제입니다.
이 밖에 고분자와 Soft Matter 혹은 생체물질에서의 물리현상을 물리학으로써 해명하는 것 등, 응용물리학으로써 도전해야 할 야심적인 과제는 한층 커지고 있습니다.

커리큘럼

응용물리학과 혹은 물리공학과에 진학하기 위해서는 1, 2학년에서 물리학과 그것에 필요한 수학의 기초를 정확히 배워 둘 필요가 있습니다. 현대물리학을 이해하기 위해서는 고등학교의 수학으로써는 부족합니다. 선형대수학, 미분적분학은 필수입니다. 이것들의 기초를 근거로 하여 전문과정에서 단숨에 현대물리학의 선두에 따라잡아가고 그것을 스스로 발전시키는 힘을 키우는 것으로 됩니다.
일례로써 동대 공학부 물리공학과의 커리큘럼을 소개합니다. 물리공학에 배속된 학생은 2학년 후기와 3학년의 반년을 걸쳐서 수학과 물리를 철저히 배웁니다. 2학년의 후기는 기초를 굳힙니다. 물리학의 기본법칙은 편미분방정식의 형태로 깔끔하게 정리되어 있기 때문에, 그것을 이해하기 위해서 수학을 배웁니다. 물리학은 전자기학, 열역학의 재정리를 하면서 양자역학과 통계물리학의 학습을 시작합니다. 3,4학년에서는 다체계의 양자론, 양자통계물리학, 고체의 물성을 양자역학에 의해서 이해하기 위해, 고체물리학, 광학, 유체역학과 탄성체물리학, 레이저와 비선형광학을 배우는 양자Electronics, 양자정보물리를 배웁니다. 물리학의 새로운 과제로써 놓칠 수 없는 것이, 생명과학에의 응용입니다. 그것을 의식해서 다수의 자유도가 계층을 갖고 매우 복잡한 계통을 다루는 Soft Matter의 물리, 게다가 생물물리학의 강의를 준비하고 있습니다. 동대에서는 응용물리계로써 물리공학과와 계수공학과가 연대해서 강의를 같이 하고 있습니다. 계수공학과에서 개강되고 있습니다. 계산기과학, 정보이론, 제어론, 수리공학 등은 양자정보기술의 기초로써도 중요합니다. 이것들의 강의와 병행해서 실험과 연습이 있습니다. 연습에서는 문제를 실제로 스스로 푸는 훈련을 합니다. 3학년전기의 응용물리실험에서 물리실험의 기초기법을 배웁니다. 3학년후기의 월요일은 꼬박 하루 물리공학실험을 할당되어 있습니다. 3회에 하나의 테마에 몰두하는 프로젝트방식의 실험을 각 연구실의 선두적인 설비를 사용해서 합니다. 예로, 저의 연구실에서는 ‘초고속광계측’이란 제목으로, 극초단펄스광(펄스의 시간 폭이 100조분의 1초, 빛은 이 시간에 겨우 30Micron밖에 나아갈 수 없습니다)을 이용한 초고속현상의 계측기술과 광계측기술에 대해서의 실험을 체험할 수 있습니다.
4학년으로 되면 각 연구실에 배속되고, 한 사람 또는 두 사람으로 팀을 만들어 졸업연구에 일년간 몰두합니다. 최후에 그 결과를 졸업논문(졸논)으로 정리해서 모든 교관과 학생의 앞에서 발표합니다.
졸논의 과제는 각 각의 연구실에서 현재 세계를 상대로 행하여지는 최선두의 연구입니다. 졸논에서는 새로운 야심적인 연구테마가 주여지는 것이 많고 이제까지 세계적인 연구가 다수 나오고 있습니다. 최근의 졸업연구 제목의 예를 왼쪽 페이지 아래의 표에 보여주고 있습니다. 응용물리학은 새로운 과학기술을 만들기 시작하는 학문이라고 말했지만 졸논은 확실히 선두의 연구입니다. 졸논은 확실히 그 실천Training의 장입니다. 최선두연구의 현장에서는 교과서도 표준도 없습니다. 이제까지 배운 것을 바탕으로 자신의 생각을 개척해 가는 것이 필요하게 됩니다. 1월은 졸논의 집중으로 더욱 활기 있는 계절로 됩니다. 어떤 연구실에서도 실험과 정리의 의논이 심야까지 계속됩니다.
학부를 졸업하면 대다수의 학생은 대학원의 석사과정에 진학합니다. 최근에는 4할이상 타 대학부터 진학해 오고 있기 때문에 양자역학과 통계역학 등의 기초과목을 준비하고 있습니다. 석사의 2년간을 수료한 사람의 3할 정도는 박사과정에 진학합니다. 박사과정에 진학해 박사학위를 취득한 것은 국내외의 연구기관과 대학의 조수와 박사연구원 혹은 기업의 연구개발부분에 들어가, 연구의 프로로써의 인생이 시작됩니다. 학부와 석사과정에서 수료한 사람의 대부분은 기업에서 기술개발과 연구에 종사합니다. 기업에서의 연구가 정리된 경우에는 박사논문을 대학에 제출하고, 심사에 합격하면 박사학위를 취득할 수 있는 논문박사라고 하는 제도가 있습니다.
각계에서 활약하는 졸업생의 앙케이트 조사에 의하면 사회에 나가고 나서 물리공학과에서 배웠던 것으로 크게 도움이 된 것으로써 물리학의 기초, 졸업연구에서 졸논을 정리하는 체험을 준 것이 압도적으로 많습니다. 땅에 발이 닿았던 지식을 무기로써 스스로 생각으로 아직 아무도 닿지 않은 영역에 도전한다 라고 하는 응용물리학의 이념을 견지해서 세계를 리드하는 인재를 계속 배출하기 위한 노력을 계속하고 싶습니다. 창의에 의해서 스스로 새로운 길을 개척해가는 것에 의욕을 갖는 제군을 환영하고 싶습니다.