カテゴリ:普通のサイエンス( 59 )   

ダイソン先生が「リーマン予想と1次元準周期系が関係ある」といったわけ!?   

みなさん、こんにちは。

相変わらずあまりにいろいろのことが起こりすぎてETの手も借りたいほどである。

今回はまずは数学の話だから、スルーでよろしくネ。


あの自由人ダイソン博士がどうしていま突然、リーマン予想の問題と1次元準周期系の問題が関係あると言い出したのか?これを読んでいたんですナ。やっと言わんとする意味が理解できたヨ。

その解説がこれだった。

鳥たちと蛙たちBirds and Frogs ー Freeman Dyson

ダイソンの妄想と俺の妄想:リーマン予想からABC予想まで。「数学は一つ」かも!?
グロタンディークやダイソンが言いたかったこと!?:俺「自己創造する代数多様体の研究」だろうナア!?


この「鳥たちと蛙たち」で言うところの「鳥たち」という比喩は、フライハイ(天高く飛ぶ)という意味で、数学者の中でも個々の分野を超えて、数学全体を鳥瞰図を描くことのできる大数学者のことを言っている。

一方、「蛙たち」という比喩は、「地べたに這いつくばる」という意味で、各分野の専門領域に生息して大きな研究を成し遂げる大数学者の意味である。

まあ、それ以外は、単なる虫かミミズというところか、あるいは、チリやゴミ。

ダイソンは自分は若い頃は鳥になりたかったが、どうやってもできず、自分はカエルにすぎなかったという。

そんなカエルのダイソン君が、アメリカに留学し、そこで量子物理へ転向する前、自分の博士論文に関係する研究をしていたころ、多くの若き数学者が一番最初に「リーマン予想」や「フェルマー予想」を解決してフィールズ賞をもらいたいというように研究しはじめるというように、自分もそうしたが、自分はあえなく頓挫し、分野を変えるべくアメリカに渡ったという話がある。

それから70年。

自分は量子物理の相対論的量子場理論やランダム行列の理論などでそれなりに有名な研究を行えるようになったが、その間にフェルマー予想はワイルズにより解決されたが、いまだにリーマン予想は解決されずに残っている。

自分が成し遂げたランダム行列の理論とリーマン予想の問題の深いつながりがあることがわかったが、いまだ解けないということは「何かが足りない」ということになる。

その「何か」をいま再考し直すと、それは自分が博士論文のころにお世話になっていた指導教官のロシア人のベシコビッチ教授の行っていた、1次元概周期問題の理論に何か関係がありそうだとわかった。

というより、実はその頃自分はその師匠の理論から推測して、もしリーマン予想が解けるとすれば、こんな感じではないかという一つの予想というかビジョンを持っていたのだが、その当時は実にあいまいとしたものであった。

だからいつしか忘れていたのだが、1984年ごろに物性物理学で準結晶(quasicrystals)という新しい物質が発見され、その理論もいくつか現れた。そうしてみると、準結晶のX線スペクトラムの特徴が実に興味深いものだった。

ところで、物質の原子配置を求める場合にX線解析ということを行う。これは、物質にX線を照射し、その反射をフィルムに写真撮影すると、その物質の構造に対応して、スポット状に点の集団があるパターンを作って現れる。そのスポットと強度(明るさ)を目安に逆にそれに対応する構造を求めるのである。
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http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/study/kiki/ccd.htm

強いスポットは周期性をあらわし、その波長に対応する周期配列の存在を暗示する。だから、スポットが2つ別々のところに現れると、それぞれに対応する2つの周期があることになる。

こういうふうにして、元の物質内のミクロの原子構造を推定できるのである。これがX線解析という手法である。タンパク質の構造解析も蛋白分子を結晶化させてX線解析してタンパク質の構造を決定してきたのである。下村博士の蛍光タンパク質もこうやって構造解析されたのである。

一方、音響のホワイトノイズ(白色雑音)や光の白色光のようなものは、無数の波長の音や光が混成して重ね合わされているものである。だから、光の場合はそれをプリズムで分光すると、虹色のパターンが分離できる。同様に音は機械でフーリエ分析すると、ホルマント構造という形で音のスペクトルが得られる。

こうしてみた場合、白色のものは、無周期の構造のない構造であることがわかった。

ソーラーパネルにつかわれるアモルファス半導体はこういう構造がランダムな半導体でできている。こういうランダムな構造の物質のX線解析を行うと、そのスペクトルはボヤ―とした連続的な光の帯で現れる。これがホワイトと呼ばれる理由である。
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http://www.geocities.jp/satouniverse/glass.htm

この数学理論を完成させたのが、ノーバート・ウィーナーであり、ガウス分布の確率論、ブラウン運動の理論などが生み出されたのである。そして、最終的にはネルソンー保江邦夫の確率場の量子化理論、確率変分学へと繋がった。

というわけで、構造がランダムならX線スペクトルは連続的、周期構造ならX線スペクトルはスポット状(・状)とわかったわけだった。

そこに準結晶が現れると、それはそれらのどちらでもなかったのである。一見スポット状に現れるが、まるで夜空の星々と見たように、一部を拡大するとまたそこにさっき見たのと同じような構造が現れる。そしてそれは際限がない。つまり、スケール普遍性を持っているのである。
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http://shinbun.fan-miyagi.jp/article/article_20120223.php

これは周期系が空間の並進方向に対称性(空間対称性)を持っているのに対し、準周期系は空間のスケールを変換する方向に対称性(スケール普遍性)を持っているというわけだ。

たとえば、3次元の準結晶の場合なら、そのスポットは黄金率τの整数倍の位置やそれに整数和をしてずれた場所、すなわち、mτ+nの場所に無数に現れるのである。

そこで、老人になったダイソン先生、若いお弟子さんにリーマンのζ関数のゼロ点のX線解析を行わせてみた。すると、驚くべきことに、そのスペクトルは、スポット状でありなおかつスケール普遍性を持っていたのであるという。しかもそのスペクトルの基調となる位置は、素数pのべき乗(p^n)の整数倍とその素数のlogであるlog pの整数倍の場所だけに現れたというのである。

スペクトルは連続的でもなければ、有限個のスポットでもない。そのどちらでもない。

つまり、おそらくもっとも複雑な準周期構造をしているにちがいない、というわけだ。

まあ、log pはpのゼロ乗の極限と見ることもできる。だから、pの分数乗の極限と見ることもできる。だから、基本的には、、素数pのべき乗(p^n)の整数倍とその位置を整数分だけずらした場所に出てくるということだろう。

まあ、とにかくこのお弟子さんの数値計算の結果は、若かりし日のダイソン博士が頭に描いたビジョンにかなり似ているということのようである。

なぜなら、ダイソン先生の先生のベシコビッチは、あのニールス・ボーアの弟のハンス・ボーアという数学者と二人で概周期系の理論の双璧となったからだった。

ところで、このニールス・ボーアの弟さんは有名なサッカー選手だった。その後ユダヤ人にありがちに学者の道に進み、数学者になった。


さて、そういうことのようですナ。ダイソン先生が1次元準周期系に関心を持った理由は。

ということは、p進数で理論(p-adic number theory)を作るだけでは、準周期系を理解することは不可能だということになる。なにかもっと斬新なアイデアが必要だということだろう。

いずれにせよ、頭の柔らかく集中力のある若い力が必須なことは間違いないだろう。


老兵は去るのみ、ですナ。



いやはや、世も末ですナ。






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by kikidoblog2 | 2018-12-10 11:08 | 普通のサイエンス

本邦初公開:ビル・サザーランド博士のハイネマン賞受賞の言葉   



みなさん、こんにちは。

先日、私のユタ大学時代の恩師ビル・サザーランド博士
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が理論物理のノーベル賞ともいわれるダニー・ハイネマンプライズを受賞したということをメモしていた。以下のものである。

私の師匠ビル・サザーランド博士が来年のハイネマン賞受賞!:カロゲローサザーランドモデルの発見!
いや〜〜ユタ大物理は祝賀ムードだった!?:来年のノーベル賞の期待も高まっているはず!?
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それでその受賞をお祝いしてメールを差し上げた次第なのだが、その折返しにその受賞の時のAIPへのインタビュー記事と思われる原稿を私に送ってくれたのだ。

それで、早速それを日本語に翻訳して私のHPやブログに掲載してもよろしいでしょうか?と聞いたところ、OKの許可が降りた。そこで、ついさっきまでそれを読みながら日本語に翻訳していたわけである。まあ、稚拙な拙訳だから、誤訳があるかもしれないが、ご勘弁を。


では、本邦初公開。(いうまでもなく、他人が勝手にサザーランド博士の許可なく転載やコピーはご法度ですヨ。彼にパーミッションもらってナ。

ところで、以下に出てくる、PrizeとAwardの違い。日本語ではどちらも「賞」と翻訳されるが、英語ではまったく概念上異なっている。

Prizeとは五輪競技のように人々が競争したり戦ったりして優勝した人がもらう賞のことであり、Awardはアカデミー賞のように人々から称賛されて表彰される賞のことである。


ビル・サザーランド博士の言葉

原文

2018年10月21日

私はいつどんなふうにダニー・ハイネマンプライズについて聞いたか?


私が覚えているところでは、私の良き親友のシュリラム・シャストリーがインドのバンガロー(Bangalore)空港から、私がハイネマンプライズを受賞したと私に電話してきた時、ヴェロニカ(私の妻)と私は太陽の下で外に座って昼食をとっている最中でした。そのとき私は、彼が私が賞の対象者になるために必要な仕事をしてくれたことに対して非常に感謝したのです。そして私は彼が正しかったということをシュリラムのために喜んだのです―私は彼の応募が成功するとは決して期待してなかったのです。

私の研究上の関心

私は主に統計力学と量子力学とこれらの関連について興味がありました。私は2次元6−頂点模型に関するPhD論文で始まったのです。これはある統計力学の問題で、多くのそういった問題のように、一つの物理系の異なる配置を単に数えることからなるものでした。この場合では、それは強誘電体モデルだったのです。氷をも含む他の多くの場合と同様です、私はこれらの問題の非常に一般的な類を厳密に解くことができたのですが、これが私の指導教官C.N.Yang(楊)教授を非常に驚かせたのです。Yangはすでにノーベル賞を受賞しており、プリンストンの高等研究所で長年を過ごし、ちょうとStony Brookにやってきたばかりでした。私は彼の最初の大学院生でした。Yangとオハイオから訪問していた彼の弟のC. P.Yangといっしょに私たちはこれらの解を研究して拡張したのです。この研究は磁気鎖の1次元量子ハイゼンベルグモデルとの面白い関連を示したのです。実際、C. N. Yangは何年か前にこの問題を解く非常に重要な研究を成し遂げていたのです。だから「その熟練者」だったのです。

この後まもなく私は斥力の逆2乗法則ポテンシャルで相互作用するN粒子の1次元量子系に対する厳密な波動関数を与えるCalogeroの興味深い論文を発見したのです。でも、彼の解は束縛のない散乱状態であり、それで私はどのように「箱の中におく」かを明確にし、有限密度で粒子の熱力学を明確にしたのです―いわゆるCalogero-Sutherlandモデルです。続いて、私はその研究を大きく拡張でき、これらの物理の問題とランダム行列という数学の問題との間に密接な関係を見つけたのです。

私の研究過程において、私はしばしば良き親友であり研究仲間でもあるシュリラム・シャストリーと共同研究することができました。これは最初に1980年に始まりましたが、彼が家族とともにユタ大学に訪れたときです。そしてそれは今日まで続いていて、インドや日本で行われたのです。私の論文などをちょっとみれば、「S&S」の共著論文を見つけると思いますが、多くは二人だけのもので、第一著者が我々のどちらかのものです。

こんなふうにして私は研究経験を積んできたのです。もしもっと知りたいと思う場合には、拙著:Beautiful Models: 70 years of exactly solved quantum many-body systems, (World Scientific, Singapore, 2004)を御覧ください。
Beautiful Models: 70 Years of Exactly Solved Quantum Many-Body Problems
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(序文の謝辞に私の名前もある)


私の始まり

私は家族の中で初めて大学に通う人間だったので、それが私を一種の「マイナリティー」の学生にしたと私は感じています。私の母ノラ・ホプキンスは看護師で、私に看護化学の本を与えてくれたのです。一方、父は多くの異なる専門を持っていたのですが、父が商船の航海術を教えたことから私に対数表を与えてくれたのです。私はミズーリ州のマーシャルの小さい農村社会で大半は育ったのです;私は良かれ悪しかれ多くのミズーリ人の性格の特徴を持つに至ったと思います。私の田舎の教師たちは非常に良かったのです。特に私に数学を教えてくれた「グラニー」・クラッチャ―さんが良かったのです。教科書の商人が彼女のもとを訪れた時に提供された新しい数学の教科書を評価してくれないかと私に頼んだのです。スプートニクが打ち上げられてまもなく、米科学財団(National Science Foundation, NSF)は若い科学者を採用し始めたのです。私が高校の中学部にいた頃、ミズーリのロラ(Rolla)にあるミズーリ鉱物学校で物理学の夏の学校が開催されたのです。(だれもそれが少年だけのものだったとは気づきませんでした!)私は選ばれて、その学校を非常に有意義に過ごせたのですが、高校の最高学年を飛び級して大学に通いたいと思うほど良かったのです。みんながそれに賛成してくれたので、私もそうしたのです。

私はカンサス・シティの郊外のリバティー(Liberty)にある、ウィリアム・ジュエル(William JewelL)という小さい短大で始めました;そこで1年過ごすと、先生たちが私に君はもっと大きな大学へ行きなさいとアドバイスをくれたのです。マーシャルに戻った私の高校の科学の先生が、セントルイスにあるワシントン大学における、教師のための、NSF課程に参加したのです。私にはその大学が非常によく見えたのです。それで私は転学し、それが許可されたのです。私は’Wash U’で際立った教師たちに出会ったのですが、いろんな仕方で最も影響を受けた人はT. A. ‘Alec’ Pond教授でした。彼は二年生の現代物理のコースをMax Bornの教科書で教えたのです。私が卒業になる1年前にポンド教授はStony Brookにあるニューヨーク州立大学の物理学部を開校するために雇用されたのです。翌年私はNSFの奨学制度で彼の後を追ったのです。そしてアレック・ポンド教授こそが二年後にC. N. Yangを招聘したのです。


私のユタ生活

もちろん私のユタ生活は本当には必ずしもそれだけというわけではありませんが、私は家族の一部だと思っております。私が学部生だった頃のワシントン大学に戻りましょう。私はお金が足りなくなり、T. A. ポンド教授に彼の大学院生を助けるために雇用してもらったのです。その院生の中には、クリス・ホーへネムザー(Chris Hohenemster)がおりました。クリスの妻はアンでドイツ語の教師でした。そして彼の父は工学部にいたのです。物理とドイツ語を通じて、また政治活動により、私はクリスとアンと知り合いになったのです(井口注:キング牧師の自由公民権運動の時代)。私が卒業した1963年の夏、彼らとのコロラドのキャンプに私や他の人たちを招待してくれたのです。それは私と私の弟も含んだ、家族や友人たちの一団でした。そこで私はクリスの姉の、私より2つ年上のヴェロニカ・ホーへネムザ―(veronica Hohenemster)と出会ったのです。彼女はニューヨーク、マンハッタンのアパートに住んでおりました。次の2年以上にわたり私たちはニューヨーク市とロングアイランドを行ったり来たり訪問したり、毎夏コロラドのキャンプして、お互いによく知り合うようになったのです。1965年7月30日に私たちは結婚しました;結婚証明書にはコロラドのゴシックとありますが、実際にはずっと山の方だったのです。この夏のキャンプについてはちょっと説明したほうが良いでしょう;私たちは学期中はNY市で教えていた教師たちからストーニーブルークの一軒家を借りて住んでいたのですが、夏の間は彼らがロングアイランドに建つその一軒家に住みました。だから私たちは夏の間はどこかに住まなければなりませんでした。1967年と1968年私たちは標高9500フィート(約2896m)(Brightonのように当時合法的に許可された)森林サービスの土地に手作りの丸太小屋を建てたのです。1968年10月に私たちの娘コリ(Cori)がジェファーソン港(Port Jefferson)で生まれました。私は1968年に卒業したのですが、もう一年CNYangと理論物理学研究所で過ごしました。それから2年オッペンハイマー特別研究員(Oppenhaimer Fellow)としてバークレーで過ごしたのです。私たちの息子ジェイソン(Jason)は1970年2月にカリフォルニア州オークランドのカイザー病院(Kaiser Hospital)で生まれました。こうして私たちの家族はいま全員一緒になったのです。

残念ながら当時は物理で職を得るのはそう簡単なことではありませんでした;私は西部にいたいと思いましたが、1971年の春に私は2つのオファーを得たのです。一つはパルアルトにあるスタンフォード大学、もう一つがユタ州ソルトレーク市にあるユタ大学です。選ぶのはそれほど難しいことではありませんでした;ご承知のとおり、私たちはユタを選んだのです。はっきり言っておきたいことですが、私たちは末日聖徒(モルモン教徒)ではありません。でも、何も問題は―私たちにも他のだれにもありませんでした―私たちは33年間もソルトレーク市に住んだのですから。1971年にはソルトレークに住み、大学に通い、子供を育てるさまざまの人たちがおりました。私たちはソルトレークの古い隣町である(赤い線の(red-lined))通りに住みました。そこは西へ15分の徒歩で町中に、東へ15分の徒歩で大学に行ける場所でした。私たちの子どもたちは開かれた学校(open classroom)に通いましたが、その学校は公立校システムに吸収されていきました。ヴェロニカと私は、電池&電球やクロスカントリースキーを学校の教師として共に選んだのです。私が退職する頃、私は大学で小学生の何人かを教えなければなりませんでした。

ハイネマンプライズをどのように観るか?

これは私が答えるのは難しい問いです;私は恥ずかしがりで内気です。第一に、私はそれを「賞(prize)」といよりはハイネマンアワード(Hineman Award)と見ます;この方がずっと私の気持ちを楽にしてくれるのです。私はいつも理論物理学を’競争的’というよりはむしろ非常に協力的な努力と見てきました。私はずっと年長者の仲間たちにより指導され、同僚たちと生産的に協力しあい、今後の学生たちを喜んで教えてきたのです。もちろん、このことは過去の偉大な科学者や数学者たちによって確立された膨大な歴史的支援構造を見落としています;だれもがこれに依存しているのです。

そんなわけで、長年に渡る共同作業的な冒険において私が行った部分に対する仲間たちからの感謝としてのアワードと見るのです。さらに満足なのはそのアワードがGaudinとCalogeroと共有されたことなのです。私たち3人は異なるけれども関連する興味をもち、いつもお互いに個別のアプローチを喜んで共有したのです。私の全経歴を通じて私は確かに‘プライズ’のために研究しなかったのです。

私の経歴を通して私の動機を説明していると感じるストーリーを言わせてください。説明したように、私はミズーリの小さい農村部出身です。17歳でカレッジで出発したのですが、18歳ですべての少年は徴兵のために登録しなければなりませんでした。これは1960年のことで、ベトナム戦争が始まったのです。徴兵会議(draft board)は私に学生猶予をくれたのです。しかしながら、1967年ごろ、私は(PhD学位論文にとりかかって)まだ大学にいたのです。したがって8年後も私がまだ大学を出ないので、徴兵会議は私をIIAに再分類したのです。彼らの経験上、私は非常に遅れた学生だったのです。しかし彼らは私にさらに2年の猶予をくれたのです。しかしながら、1969年に(今度はYangの理論物理学研究所のポスドクとして)私はまだStony Brookにいたのです。彼らは非常に怒りましたが、また再分類してくれたのです。というのは、CNYang教授が親切にも私のために非常に丁寧で詳しい手紙を徴兵会議へ書いてくださったのです。それは私の研究がどのように優れたものであるのか、だから継続させるべきであり、それが国家のためにどれほど価値があるかというこをを説明するものでした。彼は私にそのコピーを1枚送ってくれました。そしてこれが私の全研究生活人生を通じた1つのインスピレーション(霊感)となったのです。(むろん、私は徴兵されなかったのです!)




いや〜〜、私の知らない話ばかりでした。いい話だナア。


彼の二番目のPhDの私がこういう賞をとる可能性はまったくのゼロだから、他の人たちに頑張ってもらおう。


頑張ろう、弟子たちヨ!


おまけ:
いま気がついたのだが、BillのBeautiful Modelsのアマゾンの読者コメント欄に1つ数学者によるコメントが付いていた。どうやらDr. Lee D. Carlsonという数学者によるものだが、この人はアマゾンでなんでも読んではコメントする著名な人らしい。
Dr. Lee D Carlson, a man that reads everything

この数学者のBillの本へのコメントが非常に良く書けているので、ついでにそれもメモしておこう。以下のものである。

Gives good insights into quantum integrable models
2004年12月22日 - (Amazon.com)
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https://twitter.com/leecarlsonmath

グーグル翻訳

この本の主な美徳は、量子システムにおける統合性の概念に関する混乱を解消することです。第1章で正確に解けるシステムの理論の歴史的概要の後、著者は古典力学における統合性の概念を想起し、ハミルトニアンによって支配されるシステムに議論を限定している。標準的な動作角度の正準変換を使用して、ハミルトニアンシステムの可積分性は、よく知られているように、「崩壊」にある有限の量の量の存在によって示されること、すなわちそれらは運動の定数であることを示している。

この積分の概念は、有限次元の量子システムでは機能しません。これは、ハミルトニアンを含む、相互に通勤するオペレータの集合Lを仮定的に持つシステムを使用することによって示されているからです。彼は、2人の通勤オペレータが代数的に独立していないことを示し、D通勤オペレータは線形独立であり、Dはオペレータの固有空間の次元である。著者は量子システムのダイナミクスに関する情報を提供するという点で、それほど簡単ではない統合性の概念を提示する。

量子システムは、一般に互いに相互作用する粒子系であるため、興味のある動的事象は散乱事象である。実際に、量子システムの散乱理論は非常に発展しており、物理学と数学の両方で膨大な量の研究に影響を与えています。著者は、1次元で始まり、1つの粒子と2つの粒子を考慮して、いくつかの基本システムを考慮して、この積分可能性の概念の実行可能性を正当化する。エネルギーと運動量の保存は、散乱粒子のモーメントを単に再配列(粒子は本質的に「互いに通過する」)。

3つの粒子を考慮すると、状況はより複雑になります。エネルギーと運動量の節約はもはや、漸近的な瞬間が単に入ってくる瞬間の再編成であることを保証することはできない。有名な「Bethe ansatz」は、二体衝突の観点からの散乱の振幅比の決定を可能にします。本物の3体散乱は、3体重複領域から出現する平面波から逸脱する全漸近波動関数に含まれます。著者はこの「回折的」散乱と呼ばれ、正確に解決可能なシステムでは起こらないと指摘している。一般的な1次元システムの場合、それが発生し、これはBethe ansatzの使用を禁じます。回折散乱の存在は第3の独立した保存量の発生を妨げ、これは著者に「非可積分性」を定義するための基準を与える。この本で考慮されている量子システムは、「積分可能」であるため、回折散乱をサポートしていません。量子システムにおける回折のない散乱の結果は、古典的な積分可能なシステムで起こるものと同じくらい興味深いものであり、これらの「美しい」システムの特性を解明するためにこの本を書いている。

本書の早い段階で、著者はシステム全体の分析に使用されるさまざまなテクニックについて説明します。これらの技術は、基底状態にあり基底状態のすぐ上にあるシステム、およびそれらが有限温度にあるときのシステムの解析において生じる。研究の対象となるシステムはすべて可積分で非回折性であるため、著者が「基本方程式」と呼ぶものに従います。これらは、システムのモーメントのための連立方程式です。デルタ関数、逆平方、双曲線のポテンシャルによって支配されるシステムは、これらの技術を議論する際に考慮されるシステムです。

この本の全章は、Bethe ansatzを使って取り組まれた最初のモデルであるHeisenberg-Isingモデルに捧げられ、磁気チェーンと量子格子ガスのモデルです。このモデルは積分可能であり、Bethe ansatzが証明する応用として「無回折」であり、著者はこのansatzを用いてスペクトルの完全な方程式を得る方法を示しています。ゼロ磁束とゼロ磁場における基底状態エネルギーを計算し、この計算を非ゼロ磁場と磁束の場合に一般化する。

また、本書では、2つの粒子間の量子数の交換を可能にする可能性のある量子システムである交換モデルが考慮されている。著者は、双曲線の可能性など、本の中で考慮されている可能性のあるものを取って、交換の可能性を得るためにそれらを修正する方法を示します。特に双曲線のポテンシャルは、原点では強い反発を起こすので、2つの粒子の波動関数は、それらが会ったときに消滅し、異なるタイプの粒子の混合を禁止する。これは、2つの粒子を交換する順列演算子の組み込みによって緩和することができる。

著者は、本の最後の章で有名なハバードモデルについても議論します。このモデルは、強く相互作用する電子のモデリングシステムのための凝縮物性物理学で使用され、著者がBethe ansatzを再び使用して示すように、一次元で積分可能である。

本書の最善の章は第7章である。著者は、統合性の性質に関するより一般的な質問と、システムがいつ統合可能かどうかを証明する方法について詳しく述べている。システムが統合可能であることを示す最適な方法はないことに留意し、散乱をサポートするシステムの統合性を示すさまざまなアプローチについて説明します。この章での議論は非常に明快であり、したがって、読者は積分可能なシステムの特性、特にヤンバクスター方程式の役割とそれに続く「伝達演算子」の概念について多くの洞察を得るでしょう。テスト粒子と他のすべての粒子との散乱に対応する伝達演算子の著者の説明は、その役割を明確にし、正確に解けるシステムに関する文献にはない説明です。また、ミラーのウェッジから光線を散乱させる例を用いて、非可積分性の背後にある物理学についての非常に興味深い議論を行う。これらの例は、単純な数学的計算よりも有用な、非整数体系の振舞いについてより多くの光を当てる役目を果たします。




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by kikidoblog2 | 2018-12-06 17:34 | 普通のサイエンス

いや〜〜ユタ大物理は祝賀ムードだった!?:来年のノーベル賞の期待も高まっているはず!?   

ユタ大物理学部はお祝いムード満点!
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みなさん、こんにちは。

昨日は阿南の太陽の会という障害児童のための会のクリスマス会で毎年恒例のサンタクロースになってきたのだが、徳商のチアリーダーのダンスもあった。やはり華がありますナ。いつもは徳商サッカー部の応援のときに見る程度だったが、今回は初めてショーという形で見ることができた。

さて、サザーランド教授がハイネマン賞を受賞したという話:

私の師匠ビル・サザーランド博士が来年のハイネマン賞受賞!:カロゲローサザーランドモデルの発見!

をメモしたところ、どういうわけか、ツウィッターでリンクするものがいたので、調べて見たら、なんと

Salt Lake Tribune

からだった。

この新聞はユタ州最大の新聞で、歴史あるものである。大半の家では読んでいるというものだから、日本で言えば、読売新聞とかに匹敵するだろうか。

そこで、どうしてトリビューンが?と思って考えたら、やはりユタではビルのハイネマン賞受賞が大きなニュースになったのではないか?と思ったわけである。

そこで、ユタ大辺りを見てみると、やはりありました。ビルをお祝いするものが。これである。

同時に2人の物理学部の名誉教授が受賞したようである。

1人目が物性理論の私の師匠のBill Sutherland教授。
2人目が物性実験のEfros教授。たしかこの教授は私が留学中はまだ来ていなくて、私が日本に帰国して1年ほどしてユタの正教授になったんだと思う。

U emeriti professors awarded two of nation’s top physics prizes

Oct 24, 2018

Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics

Bill Sutherland, emeritus professor of physics at the University of Utah, was awarded the 2019 Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics, which he will share with Professor Michel Gaudin at the Institute for Advanced Study and Francesco Calogero, professor of physics at Sapienza University of Rome. The prize is one of the nation’s highest awards for physics — seven previous winners have gone on to receive the Nobel Prize.

Established in 1959 by the Heineman Foundation, the Heineman Prize recognizes outstanding publications in the field of mathematical physics. Jointly administered by the American Institute of Physics (AIP) and the American Physical Society, the prize is funded by the Heineman Foundation in honor of Dannie Heineman, an engineer, executive, and philanthropist born in North Carolina but who spent most of his career in Germany, Belgium, and Italy.

“As I remember, Veronica (my wife) and I were sitting outside in the sun having lunch, when my good friend Sriram Shastry called me from the Bangalore airport to tell me I had been awarded the Dannie Heineman prize. I was then grateful that Sriram had done the work needed for me to be considered, and pleased for Sriram’s sake that he was right — I certainly never expected his application to succeed,” Sutherland told AIP of his reaction to the news.

The citation for the 2019 prize reads: “For profound contributions to the field of exactly solvable models in statistical mechanics and many body physics, in particular the construction of the widely studied Gaudin magnet and the Calogero-Sutherland, Shastry-Sutherland, and Calogero-Moser models.”

PHOTO CREDIT: Courtesy of Bill Sutherland
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Bill Sutherland, emeritus professor of physics at the University of Utah, poses with a class he taught near the turn of the century.

Sutherland’s research has focused on the connections between statistical mechanics and quantum mechanics. He began his Ph.D. working on the two-dimensional 6-vertex model, a statistical mechanics problem. His research showed a strong connection with the one-dimensional quantum Heisenberg-Ising model. Later, Sutherland found an interesting paper written by Professor Francesco Calogero for an exact wave function of a one-dimensional quantum system of N particles interacting by a repulsive inverse-square potential. Calogero’s solution was an unbound scattering state, but Sutherland was able to build upon Calogero’s work and find a solution at finite density, known as the Calogero-Sutherland model.

Born and raised in Marshall, Missouri, Sutherland was the first to attend college in his family. He received his bachelor’s degree from Washington University and a Ph.D. from the State University of New York at Stony Brook in 1968. Sutherland joined the University of Utah in 1971 as an assistant professor and became a professor in 1982. He served on the faculty of the U’s Physics & Astronomy Department until 2004, when he retired and became emeritus professor.

“Bill Sutherland is a towering figure in mathematical physics,” said Peter Trapa, chair of the U’s Department of Physics & Astronomy. “His profound ideas have had a deep impact on the subject, and continue to inspire new and important applications in many different fields. He has a great legacy at the U. I’m delighted that he is being recognized by this prestigious prize.”

グーグル直訳+私の修正

ダニー・ハイネマン数理物理学賞

ユタ大学の名誉教授Bill Sutherlandは、2019年数学的物理学の賞であるダニー・ハイネマン賞を授与しました。彼は、高等研究所のミッシェル・ガウディン教授と、ローマ・サピエンツァ大学の物理学教授であるフランチェスコ・カロジェロ教授と同時受賞されました。 この賞は国内最高の物理学賞の1つであり、この受賞者のうちから7名のノーベル賞受賞者が出ています。

Heineman財団によって1959年に設立されたHeineman賞は、数学物理学の分野で著名な出版物を認めています。 米国物理学協会(AIP)と米国物理学会(APS)が共同で運営するこの賞は、ノースカロライナ生まれで永らくドイツ、ベルギー、イタリアで活動したアメリカ人のエンジニア、エグゼクティブ、慈善家であるDannie Heinemanを記念したHeineman財団から資金援助を受けています。

"私が覚えているように、私はVeronica(私の妻)と外に座って太陽の下で昼食を取っていました。そこに私の親友Sriram Shastryがバンガロール空港から私に電話をかけ、Dannie Heineman賞を授与されたと教えてくれました。 私はSriramが私のために必要とされた仕事をしてくれたことに感謝し、Sriramが彼が正しかったことを喜びました - 私は確かに彼の申請が成功するとは思っていませんでした」とSutherlandは彼の反応についてAIPに語りました。

2019年の賞の表彰は次のようになっています。
「統計的力学と多体物理における厳密に解けるモデルの分野への貢献に対して、特に広く研究されているGaudin磁石とCalogero-Sutherland、Shastry-SutherlandとCalogero-Moserモデルなどの構成し対して」。
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ユタ大学の名誉教授であるBill Sutherlandは、世紀の終わり近くに彼が教えたクラスを持っています。

Sutherlandの研究は、統計力学と量子力学との関係に焦点を当ててきました。 彼は統計力学の問題である2次元6頂点モデルの研究で彼の博士号を始めました。 彼の研究は、1次元量子Heisenberg-Isingモデルとの強い結び付きを示しました。 その後、サザーランドは、 正の逆2乗法則ポテンシャルによって相互作用するN体粒子の1次元量子系の正確な波動関数についてFrancesco Calogero教授が書いた興味深い論文を見出しました。 Calogeroの解は非束縛の散乱状態でありましたが、SutherlandはCalogeroの研究に基づいて、Calogero-Sutherlandモデルとして知られる有限密度の解を見つけることができたのです。

サザーランドはミズーリ州マーシャルで生まれ育ちましたが、家族の中では初めて大学に通うことになりました。 ワシントン大学で学士を取得し、1968年にニューヨーク州立大学(Stony Brook)で博士号を取得しました。 サザーランドは1971年にユタ大学に助教授として加わり、1982年に教授に就任し、定年退職して名誉教授になった2004年までユタ大学の物理学および天文学部の教授を務めました。

" Bill Sutherlandは数学的物理学の偉大な人物です"と、ユタ大の物理学と天文学の教授であるPeter Trapaは述べました。 "彼の深遠なアイデアは主題に深い影響を与えており、多くの異なる分野で新しい重要なアプリケーションを引き続き鼓舞しています。 彼はUに大きな遺産を残しています。私は彼がこの権威ある賞に認められていることをうれしく思います。

Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize

Distinguished emeritus professor Alexei Efros
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Distinguished emeritus professor Alexei Efros has received the 2019 Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize by the American Physical Society (APS). The award recognizes outstanding theoretical or experimental contributions to condensed matter physics and is named in honor of Oliver Ellsworth Buckley, a former president of Bell Labs. Efros shares the award with colleague Boris Shklovskii, a theoretical physicist at the William I. Fine Theoretical Physics Institute at the University of Minnesota, and Elihu Abrahams, distinguished adjunct professor of physics and astronomy at UCLA

Born in Leningrad, Russia, now St. Petersburg, Efros obtained a master’s degree from the Leningrad Polytechnic Institute in 1961 and a Ph.D. in physics a year later from the Ioffe Physico-Technical Institute. In 1986, he received the Landau Prize in theoretical physics from the Soviet Academy of Sciences. He emigrated to the U.S. in 1989 as a visiting professor and distinguished scholar at the University of California, Riverside. He moved to the University of Utah in 1991 and became a distinguished professor in 1994.

The Buckley award citation reads: “For pioneering research in the physics of disordered materials and hopping conductivity.” The main achievements of the Efros–Shklovskii collaboration are the theory of the hopping conductivity of semiconductors, based upon the percolation approach and the prediction of the Coulomb Gap in the electronic density of states. The Coulomb Gap is demonstrated in the specific temperature dependence of the hopping conductivity and in the specific voltage dependence of the tunneling current from the semiconductor to metal.

Efros became an APS fellow in 1992 for his work on the theory of transport in disordered systems. In 1997, he received the Humboldt Prize from Germany and the Lady Davis Fellowship from Israel. In 2015, he returned to Russia and taught at the Academic University of St. Petersburg from 2015-2018. He lives in Salt Lake City.

“Alexei Efros is a pioneer in the field of disordered systems,” said Mikhail Raikh, professor of physics and astronomy at the U, and a friend and colleague to Efros since their days in St. Petersburg. “His work on the problem of hopping conductivity and insulator-metal transition was groundbreaking, and his models are still used to today. We are so proud he has received this award.”

グーグル直訳

Oliver E. Buckley凝縮物質賞

著名なアレクセイ・エフロス教授
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著名な名誉教授アレクセイ・エフロス(Alexei Efros)は、アメリカ物理学会(APS)の2019年のOliver E. Buckley Condensed Matter Prizeを受賞しました。 この賞は、凝縮物性物理学への優れた理論的または実験的貢献を認めており、Bell Labsの元社長であるOliver Ellsworth Buckleyに授与されました。 エフロスは、ミネソタ大学のWilliam I. Fine Theoretical Physics Instituteの理論物理学者Boris Shklovskiiと、UCLAの物理学と天文学の教授であるElihu Abrahamsと共同受賞されました。

ロシアのレニングラード、現在サンクトペテルブルクの生まれ。エフロスは1961年にレニングラード工科大学で修士号を取得。 一年後にIoffe Physico-Technical Instituteから物理学で学びました。 1986年、ソビエト科学アカデミーから理論物理学のランダウ賞を受賞しました。 彼は1989年にカリフォルニア大学リバーサイド校の客員教授と著名な学者としてアメリカに移住しました。 彼は1991年にユタ大学に移り、1994年に著名な教授に就任しました。

バークレー賞の表彰は、「不規則材料とホッピング伝導度の物理学における先駆的研究」に対してです。Efros-Shklovskiiの共同研究の主な成果は、パーコレーションアプローチと電子密度の状態におけるクーロンギャップ。 クーロンギャップは、ホッピング伝導率の特定の温度依存性、および半導体から金属へのトンネル電流の特定の電圧依存性において実証されている。

Efrosは1992年に無秩序なシステムでの輸送理論に関する彼の研究のためにAPSのフェローになった。 1997年にはドイツからフンボルト賞を、イスラエルからデイビス奨学金を受賞しました。 2015年にロシアに戻り、2015〜2018年にサンクトペテルブルクのアカデミック大学で教鞭をとった。 彼はソルトレークシティに住んでいます。

「アレクセイ・エフロスは、無秩序なシステムの分野におけるパイオニアである」とユーフラテスの物理学と天文学の教授であるミハイル・ライク(Mikhail Raikh)とサンクトペテルブルクでの時代からエフロスの友人と同僚は語った。 "ホッピング導電率と絶縁体 - 金属転移の問題に関する彼の作業は画期的なものであり、彼のモデルはまだ今日でも使用されています。 私たちはこの賞を受賞したことをとても誇りに思います。


ビルが先か?エフロスが先か?

いずれにせよ、来年は物性でノーベル物理学賞受賞の可能性が高い。

はたしてユタ大初のノーベル賞学者の誕生なるか?


ちなみに、これまで一番ノーベル賞の呼び声が高かったユタ大の科学者は?というと、知る人ぞ知る理論化学の歴史的偉人、
Henry Eyring
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であった。しかし、残念ながらアイリングはノーベル賞をもらえなかった。

触媒作用の「活性複合体」や「化学反応速度論」の創始者である。だから、代々ユタ大の化学部は強いということになっている。スパコンを最初に入れたのもユタ大の化学部であり、当時の世界最速の富士通のものであった。私が富士通にいた頃の話である。私はそのプロジェクトとは無関係。


がんばれ、ユタ大!

師匠がいよいよ世界の中心に来たというのに、その二番目のPhDの俺がこれではいかん、いかん。

まあ、このヘル日本に生まれたことを悔やんでもしょうがない。



いやはや、世も末ですナ。


おまけ:
Billの博士論文のときの指導教官は、ストーニーブルークへ移ったばかりで、すでに「対称性の破れ」でノーベル賞受賞していたC.N. Yang(楊振寧)教授である。
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そのC.N. Yangはエンリコ・フェルミ
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の一番弟子である。

俺が知っている博士論文についてのエピソードをいくつかメモしておこう。

Enrico Fermiの学生だったC. N. Yangの博士論文はたったの15ページだった。

それはレターのような短さだったという伝説。PhDには独創性が大事だという典型。

C. N. Yangの学生だったBill SutherlandのYangの推薦状は、たったの一言。

He is better than me!

だったという伝説。

ちなみにビルのPhDの中で一番「不肖の身」の俺についてのビルの推薦状の一文は

カズモトは好奇心旺盛で数学論文からドイツ語などの外国の物理の文献にも目を通そうとしている

であった。

すんません、目を通しただけで。

頑張れ、ビル!ご幸運をお祈りいたします。


来年の10月はじめにもこういうふうにお祝いできると良いですナ。なんとなくそうなりそうな気がするんですナ。

それにしても、写真を見た限りではいっときよりビルが若返った気がするが。気のせいかナ???




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by kikidoblog2 | 2018-12-03 10:00 | 普通のサイエンス

私の師匠ビル・サザーランド博士が来年のハイネマン賞受賞!:カロゲローサザーランドモデルの発見!   



みなさん、こんにちは。

今夜は乾杯だ〜〜〜!

いや〜、ついに私のユタ大時代の師匠、ビル・サザーランド博士
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が理論物理学の実質上のノーベル賞といわれる、数理物理学最高の賞、

2019年ハイネマンプライズを受賞。

いわゆる、
ガウディンーカロゲローサザーランドモデルの創始に対して
である。

この3人が同時受賞。

来年はノーベル賞は物性理論だから、来年この3人でノーベル物理学賞かもしれないゾ!

いよいよストックホルムの飯が食えるかも?

ジョーダンは吉本。


これである。

Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics

やはりこの教科書を書いたことが決め手になったのかもしれないナ。

Beautiful Models: 70 Years of Exactly Solved Quantum Many-Body Problems
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(序文の謝辞に私の名前もある)


ちなみにこの本はビルが京大の基礎物理学研究所の川上則夫教授の招待で半年ほど滞在した時に書いたもの。
インド人のシュリラム・シャストリーも来て、みんなで湯豆腐屋さんで夕食会を開いた。シャストリーもいつか賞をとるだろう。もうとったかな?シャストリーはハルデーンの盟友。ビルの最初のポスドク。私はビルの二番目のPhD。


いや〜〜、昔のことが走馬灯のように駆け巡りますナ〜〜。

ユタ大のビルの研究室にて(1998)
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知恩院にて(1998)
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徳島の眉山のかんぽの宿にて(1999)
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徳島の県南の白い灯台にて(2002)
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(夫人はベロニカさん)



おめでとう、ビル!

Congratulations! Prof. Bill Sutherland!


いや〜、ビルについに風が吹いてきたんですナ。


ところで、数理物理のハイネマンプライズなら我が国の保江邦夫博士も取れる可能性が大。

確率変分学の創始、保江方程式の発見である。フランスの数学者と同時受賞なんてありえる。





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by kikidoblog2 | 2018-11-30 22:30 | 普通のサイエンス

「戦後の日本を作った男」「半導体文明の父」西澤潤一博士ご逝去:俺「ノーベル賞委員会の愚挙ですナ!」   

みなさん、こんにちは。

悲しいニュースが2日前に飛び込んだ!

「闘う独創研究者」西澤潤一博士が逃した大魚
「ミスター半導体」の功績を振り返る

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西澤潤一博士が10月21日に92歳で逝去された。最近の若い方にはなじみが薄いかもしれないが、西澤博士は、「ミスター半導体」と呼ばれたように、まさに日本を代表する半導体業界の孤高の巨星。その研究分野は多岐に渡るが、数多い著書や講演の表題に頻出する「独創」「独自」「闘う」というキーワードが西澤博士の研究哲学の根本にあった。

パソコン、スマートフォンなどあらゆるところに使われる半導体は、いうまでもなく現代社会を支える超重要電子部品だ。そのような半導体の黎明期に輝かしい研究実績をあげた西沢博士の偉業を振り返ってみよう。


元東北大学の総長だった西澤潤一博士がご逝去された。享年92歳。

長寿を全うされたがついにノーベル賞を受けることなくご逝去されたのである。

言ってみれば、いわば科学のアマチュアレベルのノーベル賞委員会の「お遊び」に振り回された感がある。


まあ、非常に単純に一言でまとめれば、

戦後の世界の半導体文明を作り上げた男

ということになる。

トランジスター
光ファイバー
発光ダイオード(まで。だけが中村修二博士の発明だ)
半導体レーザー

西澤潤一
PINダイオードの開発
静電誘導型トランジスタの開発[4]
静電誘導サイリスタの開発
イオン注入法の開発
半導体材料の完全結晶育成法の開発
アバランシェフォトダイオードの開発
半導体レーザーの発明(1957年 日本国特許出願)・開発
高輝度発光ダイオード(赤、緑)の開発
GI型光ファイバーの開発
通信用光ファイバーの提案
分子振動、格子振動(フォノン)を利用したテラヘルツ波発生の提案(1963年)
テラヘルツ波による癌診断、がん治療の提案(2000年)


ところで、この高度成長期の時代、この時代は、戦勝国アメリカの一国支配の時代、すなわち、パックス・アメリカーナの時代である。

アメリカは戦争に参加はしたが、本土空襲は受けていない。韓国朝鮮半島も受けていない。

本土空襲を受けた、英国、ドイツ、フランス、ロシア、日本、チャイナ、などの主要国はみな戦後の復興に最初に取り組まねばならなかった。そういう時代である。

だから、無傷で残ったアメリカが戦後の科学シーンを席巻できたのである。むろん、いまは日英仏独露中も十二分に復活し、いまや米一国の支配構造は消えたのである。

そんなアメリカ一国支配の時代、敗戦国の日本の復興のために、アメリカが「手助けした」なんていうことはまったくない。まったくなかったのである。あくまで米製品を売りさばいて日本支配したいというだけのことにすぎなかった。

ましてや当時の最先端分野である半導体文明の科学技術を、アメリカ人が日本にやってきて日本人に手ほどきして教えるなんていう、ご親切はまったくなかったのである。

だから、戦後の日本人は、

(あ)自らアメリカに出向いて自己研鑽を行って、その経験を基に日本で開発する

あるいは、

(い)日本国内で自力で考えて発明する

かしなければならなかった。

多くの日本人がアメリカのIBMワトソン研究所やATTのベル研究所に留学した。一番有名な例が、IBMワトソン研究所の職員になった江崎玲於奈博士である。後にノーベル物理学賞を受賞した。

が、西澤潤一博士は東北大で唯一人頑張った。

当時は今のように(1995年以降)、大学が独立行政法人化しておらず、まだ文部省の傘下にあった。

だから、自分の発明品を大学内で製造したり、外部企業と結託して新製品を生み出し、大きな収益を上げるというビジネスモデルは違法行為、ご法度だという時代だった。

だから、西澤潤一博士がどんどん新しい発明を行っても、中村修二博士が行ったようにはできなかったのである。

にもかかわらず、西沢博士は、それならとばかりに、東北大学の外にちょっとした私設の半導体研究所を作り、大学勤務以外の時間を使って徹夜で研究に頑張り、そこから民間同士という立場で企業とタイアップして新製品を開発するということをおやりになられた。

たしか私の記憶ではそういう事情だったと思う。

また、その時の企業はスタンレー電子というベンチャー企業だったと思う。

その当時、世界で最初に新幹線の電光掲示板が、になった。いまはもあるが、当時そのハイテクぶりに世界が驚かされたのである。

まあ、中村修二博士は、西澤潤一博士がガリウム砒素(GaAs)やったことを窒化ガリウム(GaN)でやり直したにすぎなかったのである。



私が大阪大学の大学院を出て最初に就職した企業で、一番最初にやった仕事というか、研修旅行は、この東北大学で開催された宝石学会というものに参加することで、その合間のエクスカージョンとして、西澤潤一博士の研究所を見学することだった。西沢先生は留守だったが、そこの職員の人が、我々にいろいろ説明してくれたことを思い出す。

昨今では、スピリチュアル系の人たちから「テラヘルツ波」が大事だなんていい出しているが、そういうテラヘルツの素子を最初に発明したのもまた西澤潤一博士だった。

おそらくノーベル賞に値する発明が多すぎて、ノーベル賞財団も一つに与えれば、他にもどんどん20個くらいノーベル賞を与えなければいけなくなるから、相当に難儀したのではなかろうか?

ちなみに、光ファイバーは二番煎じだった人が、ノーベル賞をもらっている。


もし我が国の半導体研究者たちが独自の特許を取っていなかったら、日本のすべての産業においてアメリカにロイヤリティーを支払い続ければならず、戦後の我が国の高度成長やバブルはあり得なかったのである。

この意味では、西澤潤一博士に感謝の言葉しかない。


私が大学院生の時代から、だから、いまから30年以上前の80年代にはすでに西沢先生はノーベル賞の呼び声が高かった。その当時は、中村修二という人は存在していなかった。

むしろ、中村修二博士のロールモデルになったその人こそ西澤潤一博士の方だったのである。目標にされたわけだ。いわば、半導体研究者のアイドルであった。


光ファイバーの発明と特許問題


著書は非常に多数。

独創は戦いにあり
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赤の発見、青の発見
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背筋を伸ばせ日本人―「信念」と「創造力」の復活
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西澤潤一の独創開発論
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ご冥福をお祈りいたします。合掌。

こんな真の物理学者にノーベル賞が来ないとか、ありえね〜〜ナ。


いやはや、世も末ですナ。





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by kikidoblog2 | 2018-10-28 11:54 | 普通のサイエンス

星「超音波浮揚の話をしよう」→俺「UFO電磁推進の話をしよう」→ワイパーレス自動車は可能か?   

みなさん、こんにちは。

先日光ピンセットのノーベル賞のときにメモしたことだが、
2018年ノーベル物理学賞番外編:「光ピンセット」から「3次元的に操作できる電磁波浮揚技術」へ!?
最近は音響ピンセットも存在する。偶然そんなやつを紹介したサイトを見つけたので、またそれが非常に詳しいので、忘れないうちに一応ここにもメモしておこう。

超音波の話をしよう(13)「音響浮揚いろいろ」
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こんにちは。超音波研究者をやっている、東京大学の星です(名古屋工業大学から異動しました)。

超音波を集束させる装置を使ってあれこれ新しいことをしようとしています。前回は通販で作れる「DIY音響浮揚装置」を紹介しました。

ところで、音響浮揚はここ数年で急速に多様化しています。何となく眺めているとどれも同じに見えてきて、話題になるたび何が新しいのか分からなくなってしまいます。今回はそのあたりを整理してみようと思います。

さっそくですが、音響浮揚の原理を列挙します。音でものが浮くこと自体は1900年代から示され多くの研究報告がなされてきましたが、2000年代に入って次々と新たな原理が提案されています。

【密閉型】
● 定在波音響浮揚
 ○ 垂直クント管
 ○ 音響浮揚チャンバー(1974)
   http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19750016702

【開放型】
● 近接場音響浮揚(1964)
   http://dx.doi.org/10.1115/1.3653080
● 定在波音響浮揚
 ○ 0次元操作(1975)
   http://dx.doi.org/10.1016/0041-624X(75)90072-4
 ○ 1次元操作(2007)
   http://dx.doi.org/10.1143/JJAP.46.4948
 ○ 2次元操作(2013)
   http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1301860110
 ○ 3次元操作(2014)
   http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.53.07KE07
● ホログラフィック音響浮揚(2015)
   http://dx.doi.org/10.1038/ncomms9661
● 多点支持音響浮揚(2016)
   http://dx.doi.org/10.1063/1.4959862

※ 参考文献(http://dx.doi.org/10.1007/s00419-009-0401-3)&筆者の調査。
ホログラフィック音響浮揚、多点支持音響浮揚は筆者が便宜上命名。

【密閉型】と【開放型】

まずは大きな括りについて説明します。

密閉型は、スピーカを筒や箱に取り付けて内部で共鳴させることで大振幅の定在波を作り出す構成です。可聴音を閉じ込めてエネルギーを集中させるためのものです。
○ 垂直クント管
  http://demoweb.physics.ucla.edu/content/100-kundts-tube
○ 音響浮揚チャンバー
Acoustic Levitation Chamber


一方、開放型は容器を使わず、超音波の直進性や干渉を利用して音響エネルギーを局在させる構成です。物体を差し入れたり、手で触ったりできるという特長があります。こちらの構成は原理が多様です。以下、それぞれの原理について説明していきます。


近接場音響浮揚

超音波振動している振動面の上に平面状物体を載せると、1 mmに満たない距離を隔てて浮上します。これは高速振動に空気の流れが追従できずその場に留まってクッションのように働く現象(スクイーズ膜)によるものです。次の動画の0:28からご覧ください。

Driving System of Diminished Haptics: Transformation of Real-World Textures


浮上距離は小さいですが、重い物体でも浮上させられる長所があります。物体を持ち上げる圧力は振動面からの距離の二乗に反比例することが知られています。そのため、物体に荷重をかけると浮上距離が小さくなるとともに急激に圧力が大きくなって、浮上状態が保たれます。数cm角の面積で10数kgの重量を浮上させられるという報告もなされています。



定在波音響浮揚

超音波のビームで定在波を作ると、音圧の節に引き込まれて微小物体が空中に保持されます。これはビーム進行方向に働く音響放射圧と、音圧の節(=粒子速度の腹)まわりに働くベルヌーイの力によるものです。

物体を空中に保持するだけでなく、超音波を巧みに制御することで動かすこともできます。振動子を対向させて位相差を変えることで1次元的に動かしたり、

Acoustic levitation


複数の振動子を並べて反射板と対向させて振幅を変えることで2次元的に動かしたり(動画では透明な反射板ごしに観察しています)。

Acoustic levitation: Chemical reaction lifted by sound


本連載でこれまでに紹介した「lapillus bug」や「Pixie Dust」も、このカテゴリに含まれます。フェーズドアレイによる集束超音波を用いているため、従来の振動子よりも遠くまで大きな振幅の超音波を送ることができ、また定在波の位置を動かすこともできる特長があります。

定在波では節と腹が交互に現れ、その間隔は波長の半分です。これが浮かせられる物体のサイズを規定します。大きい方は波長の4分の1程度、小さい方は1%程度までと言われています。例えば40 kHzの超音波の波長は8.5 mmであることから、2 mmから0.1 mm程度。粒は浮きますが、粉は浮かない感じ。

この原理では重い物体を浮かせるのは大変です。金属製の物体を浮かせた報告もありますが、基本的には発泡スチロール球や水滴など(大体1 g程度までの)軽い物体が対象です。また液滴の場合、弾けてしまわないよう表面張力とのバランスを考慮して超音波振幅を調節する必要もあります。


ホログラフィック音響浮揚

定在波は互いに逆向きに進む波の重ね合わせで生じるため、振動子と反射板、あるいは振動子同士を対向させ、作業空間を挟み込む必要がありました。それに対して、フェーズドアレイ1枚で音響浮揚を行うものです。

Acoustic Holograms that Levitate Particles


定在波音響浮揚では音圧の腹に挟まれた節に微小物体を捕捉しました。定在波の代わりに、多数の超音波振動子の位相制御によって上空の音圧分布を操り、高い音圧に囲まれた低い音圧の部分に微小物体を捉えます。扱える微小物体のサイズ、質量は定在波の場合と同程度です。
多点支持音響浮揚

超音波の波長より大きな物体を浮かせるものです。定在波音響浮揚やホログラフィック音響浮揚では音場が物体を包み込んでいましたが、こちらでは十分に大きな面に超音波ビームが当たった際に生じる音響放射圧を用いて支えます。また近接場音響浮揚とも異なり、振動子と物体の間に1 cm程度の距離があります。

Researchers demonstrate acoustic levitation of a large sphere




動画では3個の振動子が球(直径5 cm、質量1.5 g)の表面に超音波を照射し、3方向から力をかけています。指3本でボールを下から支える感じです。

なお、論文によると振動子から球までの距離が半波長に設定されて定在波を生じていますが(筆者の見解では)定在波は原理の本質ではありません。定在波は多重反射による共鳴で超音波振幅をかせぐためであり、もし振動子が十分に大きい振幅の超音波を出力できれば距離に制約はありません。

共鳴するときには必ず定在波も発生する(逆は必ずしも真ではない)ため、共鳴と定在波はセットで考えられがちのようです。「共鳴させない定在波でも音響浮揚できるよ!」という論文が最近出版されるほど※。その論文より先に「lapillus bug」や「Pixie Dust」で当たり前のように共鳴させずに定在波音響浮揚していたのですが、そもそもそれらがセットという発想がなかったため、共鳴させていないことを特徴として推していませんでした。今思うと惜しかった(◞‸◟)
※ http://dx.doi.org/10.1063/1.4905130

ということで、今回は趣向を変えて、私の研究というより音響浮揚全般について解説しました。
ご意見・ご要望などあれば、コメントやメール、ツイッターなどでお知らせいただけると反映するかもです。それではまた☆彡

これまでの連載:星貴之

超音波の話をしよう(12)「DIY音響浮揚装置」
https://media.dmm-make.com/item/3675/

超音波の話をしよう(11)「静電気分布計測」
https://media.dmm-make.com/item/3629/

超音波の話をしよう(10)「人工授粉」
https://media.dmm-make.com/item/3623/

超音波の話をしよう(9)「ショッカソン」
https://media.dmm-make.com/item/3613/

超音波の話をしよう(8)「Pixie Dust」
https://media.dmm-make.com/item/3579/

超音波の話をしよう(7)「ナイスステップ」
https://media.dmm-make.com/item/3577/

超音波の話をしよう(6)「集束超音波を広めたい」
https://media.dmm-make.com/item/2531/

超音波の話をしよう(5)「Graffiti Fur」
https://media.dmm-make.com/item/2529/

超音波の話をしよう(4)「lapillus bug」
https://media.dmm-make.com/item/2477/

超音波の話をしよう(3)「コロイドディスプレイ」
https://media.dmm-make.com/item/2413/

超音波の話をしよう(2)「集束超音波で遊んでみた」
https://media.dmm-make.com/item/2209/

超音波の話をしよう(1)「不触(さわらず)の誓い」
https://media.dmm-make.com/item/1577/


この最後の方の、「超音波の話をしよう(1)「不触(さわらず)の誓い」」も実に興味深い。

Three-Dimensional Mid-Air Acoustic Manipulation [Acoustic Levitation] (2014-)


これが「音響浮揚」という技術のフェーズドアレイ技術によるものである。

このフェーズドアレイという技術は、かのアラスカのHAARPで使われたり、天気予報に使うドップラーレーダーなどに使われている技術である。
フェーズドアレイレーダー
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要するに、2次元格子的に配列した発信源をそれぞれの波の位相を電子コントロールすることにより、ホイヘンスの原理を使ってどの方向へも放出できるというアイデアである。

HAARPモニター群から地震電磁波の方角を読み取る方法?:ホイヘンスの原理

フェーズドアレイ音響浮遊装置の作り方がこれだ。
集束超音波を使って触れずに押す 【字幕付き完全版】 BGM



さて、私が特に興味を持っているのは次の3点である。

(あ)音響は縦波である。
(い)電磁波への応用が効くはず。
(う)電磁波の縦波の定在波を作れるか?



つまり、普通のサイエンスの電磁気は、装置から離れた場面、つまり、電波源から離れた場所での現象を考える。こういう場合、電磁波の横波だけが生き残り、縦波が存在しないかのようにみえる。

しかし、元祖マックスウェルから、ヘビサイド、そしてヘルムホルツに至るまで、もし現象が発信源のすぐ近くにある場合には、電波発信源の近接域には電磁波の縦波が存在してもよろしいのである。

電波は光速で走るから、かなり遠くでも実際上は近接とみることができる。

というわけで、三段論法で、我々のスケールの世界では電磁波に縦波が存在できるのである。

上に見たように、音響浮揚で超音波=音の高周波を用いている。

したがって、もし我々が電磁波において音響の超音波に対応するものは、電磁波の高電圧高周波であるわけだから、ニコラ・テスラが発見したように、電磁波の縦波の高電圧高周波を扱い、これでもし定在波を生み出せれば、そこに物体を飛ばせることができるはずなのである。

このアイデアは、かのハチソンの実験の現象も説明可能に見えるのである。

つまり、ハチソン効果は、電磁波の縦波の定在波で生じる現象だと考えられるのである(予想できる)。


ニコラ・テスラは、もし物体がフェーズドアレイのような発信源そのものを物体の内部に設置できれば、その物体そのものが空に浮き上がると考えた。つまり、その物体は飛翔体になるのである。

そこでニコラ・テスラは、高電圧高周波発生装置を物体内部に置いて、高電圧高周波のAC電圧を物体の下面に生み、上面に直流高電圧を発生できれば、その乗り物は宙に浮かぶと考えたのである。


この思想は、音響浮遊の原理とほぼ同一にみえるのである。

音響浮遊も外部の音源から発せられる超音波の圧力で浮遊するものであるが、もしその物体そのものが内部から超音波を発することができれば、その物体自体がドローン化できるはずである。

というようなわけで、電磁気的に物体が浮き上がる技術は不可能ではないと予想できるわけである。


少なくとも、音響浮遊技術のように、外部の電磁波源を使って、ホログラフィックに物体を浮かせることは可能なのではなかろうか?

実際、伝説によれば、ニコラ・テスラは外部源を使ってミサイルを飛ばしたのである。


我が国にはフェーズドアレイ技術もあれば、高電圧高周波技術もある。

というわけで、望めば、空飛ぶ円盤は製作可能なのではなかろうか?


ついでに言うと、要するに空飛ぶ円盤を電磁推進で行うには、物体の周りに高電圧高周波の定在波で取り囲めばよろしいのである。決め手は定在波=スタンディングウェーブであった。

高電圧高周波の電位でその周りの真空は固くなる。

これは高周波高電圧振動がファンデルワールス力を生じるが、それがちょうど水の中では、疎水的相互作用を引き起こして、油性の成分になり、水と反発するというのと非常にアナロジーの効く現象だと見ることができる。

水中では油や炭化水素のようなものの周りでは、水分子は固くなる、エントロピーが減るのである。一方、電荷のあるイオンの周りではエントロピーが増し、水分子は吸い寄せられ、よく動き回る。つまり、イオンは水中では動きやすいが、疎水基は動きにくいのである。抵抗が増す。

真空中でもこれと似たようにことが、エーテル中に起こすのだと考えられるのである。


ところで、音響浮遊の技術をイタリアの自動車の大企業のフィアットだったか、マクラーレンだったか、すでに自動車のワイパーレス化のために研究中だというのである。

自動車や飛行機にはワイパーがある。雨が降れば、雨水をワイパーで拭く。

ずっと昔から唯一変わらないで残ってきたローテクである。

見た目も悪い。

いくら車が流線型でもワイパーがつく。F1もそうだ。

もしワイパーレスになれば、どれほどすばらしいか?


私の親父も私が小学生の頃から、自動車のワイパーの代わりを発明しろと言っていた。しかし、いくら考えてもいいアイデアは浮かばなかった。

しかし、いまやそれがかなり近いのではないか?

音響的に雨水を蹴散らすのでもいいし、電磁気的に蹴散らしてもよい。あるいは瞬時に蒸発させてもよい。

いずれにせよ、もし自動車のガラスの表面に硬い空気層や電磁層の膜を生むことができれば、それが雨水を寄せ付けないのである。

透明な膜を張る。


若者よ、新技術に挑戦せよ!


もしこういうものに研究費が出ないとすれば、我が国は終わりだろう。



いやはや、世も末ですナ。




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by kikidoblog2 | 2018-10-12 16:43 | 普通のサイエンス

現代宇宙論のプトレマイオス一般相対性理論:すばる望遠鏡、アインシュタイン理論に挑戦か!?   

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プトレマイオスが創った宇宙は1400年続いた。
ニュートンが創った宇宙は300年続いた。
アインシュタインも宇宙を創ったが、はてどのくらい長続きすることやら。

ーー バーナード・ショー


アリス・カラプリス、「アインシュタインは語る」、(大月書店、1997年)


みなさん、こんにちは。

さて、3年ほど前の2015年、この年がアルベルト・アインシュタインの一般相対性理論が誕生して100年目だった。多くの皆さんは、相対性理論がそれほど古い古典理論だとはご存じないか、お忘れに違いない。

それで、100年目を記念して、私は以下のものをメモしておいた。

「2015年アインシュタイン理論が終焉する」→井口和基博士の予言!?
カズモト・イグチの予言:「アインシュタインが創った宇宙は100年続いた」になる!?

プトレマイオスが創った宇宙は1400年続いた。
ニュートンが創った宇宙は300年続いた。
アインシュタインが創った宇宙は100年続いた。


今年は2018年だから、すでにそれから3年経過。昨年は、一般相対論の「アインシュタインの予言」とされる「重力波」を巨大マイケルソンーモーレー実験で検出したという“偉業”に対してノーベル物理学賞が授与された。

というわけで、これまで背景輻射のビッグバン理論から始まり、重力波に至るまで、相対性理論は標準理論の中の標準理論の帝王として君臨してきた。

いわば、20世紀、21世紀の物理学の教皇や法皇、つまり、かつてのギリシャ時代のプトレマイオスの世界観の役割を果たしてきたわけである。


ところで、拙著「ニコラ・テスラ。。。」(上)にも書いたことだが、この宇宙の根源である空間、すなわち、真空状態、これが流動的な柔らかなものとみるか、固体のような硬いものであるとみるか、これにより、世界観が180度変わるのである。

ファラデーに始まり、マックスウェルとヘビサイドやニコラ・テスラまでは、空間は柔らかいエーテルに包まれていると考えた。

それに対して、オランダのローレンツLorentz(もうひとりデンマークのローレンツLorenzがいるから要注意)
ローレンツは2人いた!:DanishのLorenzとDutchのLorentz
に始まり、ミンコフスキーやアインシュタインは、空間が硬いものであると考えた。

空間そのものが軟弱か剛体かというふうにみるか、なにもない空間になにかが詰まっているとみるのか、なにもない空間自体が硬いものとみるのか、その当たりの矛盾により、理論はめちゃくちゃになった。

それに対して、我が国の湯川秀樹は、空間そのものに最小レベルの粒あるいは、保江邦夫がいうように、「泡」でできていると考えた。素粒子はその粒の励起状態である。

つまり、我々物性理論物理学者から言わせれば、「空間はある種の物質のようなもの」であり、その空間物質を構成する「素空間」なるものが存在する。その素空間の励起状態が素粒子として誕生する。こういうふうに見ていることになる。

要するに、我々が物質の最小単位が原子であり、その原子は陽子と電子でできていて、その電子配置により、原子状態が違って、イオンができて化学反応が生じるように、空間(正確には時空間)にも最小単位があり、その最小単位は非常に小さいもので普通の原子や陽子よりはるかに小さいものあるが、そういう空間の泡の集積でできており、その空間の泡粒の励起状態により、陽子や電子が誕生する。とまあ、そういう思想である。

最近、「神様の覗き穴」という本で保江邦夫博士は、その泡粒(これは多次元、高次元の存在)と泡粒の間こそ神さま、サムシンググレート、宇宙の情、そういうものが住んでいる場所なのだというアイデアを公表し続けている。


マイケルソン-モーリーの実験は、「エーテルの流れ」を検出しようとした装置である。つまり、エーテルそのものの検出装置ではなかった。もしエーテルが流れているとすれば、その差が光に反映するはずであるという思想の実験装置だった。全長3〜5m程度。室内で地平に水平にテーブルの上に設置された。

今回の重力波の検出で使われたマイケルソン-モーレーの実験装置は、全長3km〜5kmの巨大なものである。昔はレーザー光がなかったからできなかっただけで、今では単色レーザー光があるから、巨大化できる。また光電子増倍管の精度も高い。こうして、エーテル流の存在はおろか、重力波=エーテル振動の検出もできるレベルになった。

ところが、アメリカ人エリート物理学者たちは、その検出データの解釈において、それを「エーテルの存在を見つけた」というのではなく、「アインシュタインの重力波を見つけた」ということにして、ノーベル物理学賞を昨年受賞したのである。

というわけで、「アインシュタインの一般相対性理論の破綻」がさらに1年伸びた結果、本来なら2015年の100年祭で終焉すべきものが、余命3年となってしまったわけである。

さて、大分前置きが長くなってしまったが、この記事が意外に興味深いのでメモしておこう。以下のものである。

「宇宙の標準理論」見直しならノーベル賞級 すばる望遠鏡が切り開く新たな世界

すばる望遠鏡=米ハワイ島(国立天文台提供)
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 宇宙はこの先、少なくとも1400億年は存在し続けるという画期的な研究成果を東京大や国立天文台などの国際研究チームが先月下旬に発表した。気が遠くなるような将来まで予測できたのは、同天文台が米ハワイ島で運用している「すばる望遠鏡」のおかげだ。(小野晋史)

高性能カメラが強み、日本の総力結集

 すばるは1999年、標高4200メートルのマウナケア山頂に完成した。富士山よりも高い場所に建設されたのは、地上よりも天気が良いことに加え、大気が安定していて星々のゆらぎが少ないことなどがある。

 すばるの主鏡は、単一の鏡としては世界最大級となる直径8・2メートル。この大きさなら、はるかかなたの天体から届く微弱な光もキャッチできる。加えて2012年に稼働を始め、主鏡が集めた光を処理する超広視野主焦点カメラ「HSC」が高い能力を持ち、今回の研究でも大きな役割を果たした。

 HSCは同天文台の宮崎聡准教授が中心となり、およそ10年かけて開発。直径85センチ、重さ約800キロのレンズはキヤノンが開発するなど国内メーカーが総力を結集し、大きな集光力や広い視野、高精細を実現した。

 特に浜松ホトニクス(浜松市)が製造した高感度光センサーは116個も敷き詰められ、遠くにある暗い天体の画像を、それまでの半分から10分の1程度の時間で取得できるようになった。一度に撮影できる夜空の範囲も広く、われわれが地上から見上げたときに見える満月の大きさの9個分に達する。

 研究チームはHSCの性能を生かした大規模観測を14年に開始。計画には台湾や米プリンストン大の研究者も加わり、19年末までに満月5000個分もの広範囲を撮影する。その範囲に含まれる銀河の数はなんと数億個だ。もし米ハッブル宇宙望遠鏡が同じ範囲を撮影しようとしたら、1000年以上もかかるという。

アインシュタインの標準模型と矛盾か

 先月下旬の発表で使ったデータは、14~16年に観測した約1000万個の銀河を分析して得た。これは計画全体で収集を予定している観測データのわずか11%にすぎない。

 それでも宇宙の物質の大半を占めているとされる正体不明の暗黒物質(ダークマター)の3次元分布を世界最高レベルの精度で描き出し、95%の確率で宇宙の余命は1400億年以上という算定結果につながった。

 さらに興味深いことに、その3次元分布は、アインシュタインの一般相対性理論などで構築された宇宙論の「標準模型」と必ずしも一致しないことも示された。素粒子「ニュートリノ」の質量や、宇宙を膨張させている謎のダークエネルギーの性質を解明すれば説明できるかもしれないが、標準模型の訂正が求められる可能性もあり、今後の大きな研究課題だ。

 となれば、すべての観測データがそろうと何が分かるのか。観測計画に携わっている東京大カブリ数物連携宇宙研究機構の高田昌広教授は「10倍のデータで、標準模型と矛盾していないかどうかを見る。もし矛盾していたら大変なことになる」と話す。

 もし標準模型との矛盾が明らかとなれば、ノーベル賞級の成果だ。高田氏は「ニュートリノやダークエネルギーなどに関する理解も深まるかもしれない。すごく面白い」と意気込む。

世界をリード、予算は減るばかり

 このように宇宙の観測で世界をリードしているすばるだが、気がかりな点もある。運用経費が年々減少しているのだ。今年度は10年前の半分以下で、同機構の村山斉機構長は「将来を予測すると、宇宙の運命が決まる前に、すばるの運命が決まってしまうので不安だ」と訴える。

 近年、日本の科学技術力の低下が叫ばれている。今年も日本人のノーベル賞受賞者が誕生したが、研究成果はずっと以前に出されたものだ。世界各国が新たな観測施設の建設などで前進を続けるなか、今後もすばるが観測の最先端を走り続けることはできるのか。一抹の不安を抱かずにはいられない。


まあ、別にすばる望遠鏡のデータだけがアインシュタイン理論の不備を指摘してきたわけではない。いまやありとあらゆるデータがアインシュタインの相対性理論には不利なのである。

にもかかわらず、すでにそれは物理学の大前提=教義になっている。大学の一番最初に教わる知識の1つにまでなっている。

変えることはかなり難しい。

この原因は、私が研究してきたところでは、ニュートンの時代にまで遡る。要するに、質量と運動量の関係、p=mvの解釈にまで遡るだろう。pはフラックスであり、vは軌道速度なのである。mはその一種の感受率なのである。速度(=位置変化)が与えられるときその空間の誘導量が運動量であり、これは単位面積あたりの量に変わっているのである。mは単なる重さではない。

このあたりで、すでに光の運動量を考えるような場合、古典力学にはかなり難解な矛盾しやすい、間違いやすい概念として、運動量の問題が絡み、質量ゼロの光子であるのに、運動量をなぜ持つのか?という問題が生じるわけである。光の静止質量はゼロと言っておきながら、光は止まれないから常に走る。その時、波としての放射圧が生まれ、そこから光子の運動量が生じることになる。

問題は、この光子の運動量=輻射圧=放射圧に慣性の法則が成り立つとアインシュタインは混乱したのだった。結果、物質が相対論的な励起状態のエネルギースペクトラムを持つのは、単に電子の励起エネルギーからくるだけのことが、あたかも時空間の問題として生じると誤解してしまったわけである。

その結果、光速度を超えることは簡単にできたとしても、アインシュタインの光速度が最速であるという要請により、光速度を超えられない代わりに空間が収縮するという別解釈をせざるを得なくなった。かたや空間は剛体であると仮定しているのにである。

このことは極低温の超流動システムでは周知のことで、その系の何一つ光速度に達する速度で運動していないにもかかわらず、励起状態は特殊相対性理論や一般相対性理論やはてまた超ひも理論の励起状態に匹敵するものを生み出すことができるのである。非相対論的なものからいくらでも相対論的素粒子論的なものを生み出せるのに、その逆はないのである。というようなわけで、極低温物性理論の大家Volovik博士はだいぶ前から、素粒子宇宙論の解釈には懐疑的である。

実際、有利力学によると、もし運動する人の状態で見ているものの質が変化するとすれば、我々が静止物体の周りを運動するだけで、その見ている物体が煮えたぎることになる。相対論が熱力学に応用しないのは、これを応用すると、ただちにおかしいところが見えてしまうからなのである。一言で言うと、相対論と熱力学は相容れないのである。はっきりいって何が何だかまったくわからなくなるのである。

むしろVolovikのいうように、相対論なんてまったく考えないでおいて、相互作用と励起状態のレベルで相対論的素励起が生まれると考えるほうがすべてがうまくいくのである。この観点こそ、湯川秀樹の「素領域理論」の目指したものに近いのである。実際、かつて高林武彦先生のグループが、素領域を球状であるとすると、スピン波が励起されるという理論を考え出したことがある。

一方、宇宙に絶対時間は存在しないといいながら、実際に宇宙論の研究者のシミュレーションには、コンピュータの処理時間という意味で、系(=宇宙)には絶対時間があるとしてシミュレーションするが、結果は実にうまく銀河系を描き出せるのである。

つまり、この宇宙には絶対時間が存在する訳だ。

この点については、中込照明博士の「量子モナド理論」でも同様に宇宙の最小レベルで同期する時間の存在を仮定している。

つまり、神様は一つの時間だけを持っているのである。あるいは、たくさんの時間があったとしてもいずれそれらは同期して一つの時間に引き込まれているのである。

こんなふうにあらゆる理論、あらゆる試みは、アインシュタインの相対論の観点を凌駕している。というより、むしろ、ニュートン理論の方が真実に近かったのである。


はたしていつになれば、素粒子論者や宇宙論者はアインシュタインの教義から脱出できるのだろうか?



いやはや、世も末ですナ。





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by kikidoblog2 | 2018-10-07 13:47 | 普通のサイエンス

2018年ノーベル化学賞番外編:指向性進化の大家は「金髪碧眼の美人女性」だった→白人女性の鑑!?   

TEDxUSC - Frances Arnold - Sex, Evolution, and Innovation



みなさん、こんにちは。

さて、昨夜はノーベル化学賞の発表だった。我が国の日本人受賞はなかった。

まあ、それもしかたないだろう。

というのも、大学の数でいうと、我が国の大学数はせいぜいアメリカのカリフォルニア州と同程度。カリフォルニア大学機構程度くらいしかないからである。

アメリカには大学と名のつくものは数千あるといわれ、そのうちトップ200が全米のワールドクラスの大学である。各州に平均して2つほど州立大学のマンモス校があり、それ以外にキリスト教系大学、モルモン教系大学とか、あるいは、有名私立大学がある。

中でも、建国より先に誕生した米東部のアイビーリーグの大学、ハーバード、イェール、プリンストン、ブラウン、コロンビア、コーネル、ダートマス、ペンシルベニアは、常にトップ20に入る。
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さらに、ここ100年で上昇したカリフォルニアのスタンフォード、カルテク、UCLAなどがある。

こういうそれぞれの大学はだいたい2万人以上の学生数を誇り、大学院も充実している。

というようなわけで、ノーベル賞を取りたければ、東部のアイビーリーグか西部のカリフォルニアにある大学に住め、と言われるわけである。

我がユタ大学は、1980年代当時、全米でだいたい50番目くらいのレベルだった。ミディオクレ=中堅というところですナ。

そんなわけだから、日本の大学に住む日本人研究者にいくらノーベル賞級がいたとしても、そこまで来るには相当に突出しているか、あるいは、順番待ちするか、あるいは、相当に運が強くなければならない。

なにせ、私がアメリカ留学した1980年代でアメリカの総人口は2億4千万人。いまや3億人を超える人口がある。一方日本は1億2千万人からそんなに増えていない。どころか、内部構成が若者大国から老人大国へシフトしている。

まあ、普通に考えれば、科学分野では勝負にならないのである。いまの日本人ノーベル賞は、我が国の高度成長期の名残、残り香である。


さて、だいぶ前置きが長くなったが、今回のノーベル化学賞は物理学賞に続き、女性科学者が受賞した。

フランシス・H・アーノルド教授である。

残念ながら我が国では殆ど知られていなかった。むろん、私もあまり知らなかった、というより、まったく知らなかった。

ネット上にこの博士についての興味深い解説を見つけたので、それを一応ここにもメモしておこう。以下のものである。

フランシス・アーノルド Frances H. Arnold
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フランシス・ハミルトン・アーノルド(Frances Hamilton Arnold、1956年7月25日-)は、米国の合成生物学者・生化学者・生物工学者である。カリフォルニア工科大学教授。(写真:Twitter) 指向性進化法の開発により、2018年度ノーベル化学賞受賞。

経歴

1979 プリンストン大学 卒業
1986 カリフォルニア大学バークリー校 博士号取得
1986 カリフォルニア大学バークリー校 博士研究員
200x カリフォルニア工科大学 Dick and Barbara Dickinson Professor
2005 Gevo, Inc. 共同創業者

受賞歴

2011 Charles Stark Draper prize
2013 National Medal of Technology and Innovation
2014 National Inventors Hall of Fame
2016 Millennium Technology Prize
2017 Raymond and Beverly Sackler Prize in Convergence Research
2017 Society of Women Engineers’ 2017 Achievement Award
2018 ノーベル化学賞

研究概要

指向性進化法のパイオニアの一人。タンパク質工学技術を基盤に、自然界よりも優れた機能を持つタンパク質・生物系の創出を主たる研究対象として取り組んでいる。研究初期においては、指向性進化法の方法論の確立とタンパク質の安定性を向上、酵素の触媒能の向上[2]やタンパク質のアミノ酸残基の改変によって生じる酵素の構造変化と触媒能の変化に関する研究において多大な貢献をしてきた。

近年では、Arnoldは指向性進化法を利用することにより、自然界に人工酵素を用いて自然界に存在しない反応を酵素により行うことに注力している。自然界に存在するシトクロム酵素は主に有機化合物を酸化する能力を有しており、旧来よりその酸化能を利用した選択的な酸化反応の開発が行われてきた。一方で、炭素-炭素結合への応用はその触媒能力の低さから進んでいなかった。さらに有機化合物の修飾反応への応用、例えば、酵素的なアミノ化、シリル化、ボリル化などの特殊な反応はそもそも自然界には知られていなかったため、酵素をそのような反応に利用する試みはなされてこなかった。Arnoldらはこれらの課題に対し指向性進化法によりアプローチし、シトクロムの鉄を中心金属とするヘム近傍に存在するアミノ酸残基を改変することで、天然型を超越する結合形成反応を触媒する酵素機能の創出に精力的に取り組んでいる[1-6]。例えば、ジアゾ化合物を出発物質としてシクロプロパンを合成する金属酵素の作製[3,4]、有機化合物に不斉炭素―ケイ素結合を組み込める人工酵素の創出[6]や炭素-ホウ素結合を組み込むP450酵素の創出[5]、酵素的なCーHアミノ化に成功し、話題を集めている。このように従来不可能だと考えられてきた、反応が酵素により可能であるというArnoldらによる報告を皮切りに、現在では世界中の他の多くの研究室においても指向性進化法を用いた反応開発が進んでいる。
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2016 Millennium Technology Prize - Directed evolution


Directed Evolution & Sustainable Biofuels | Talk Nerdy To Me


2016 Millennium Technology Prize: Innovation presented by the winner Frances Arnold



いわゆる、白人女性の鑑。

美人、知的、金髪碧眼、頭脳明晰、ゴージャス、淑女、科学者、ノーベル賞学者、。。。。。

おそらくミスタートランプがもっとも好きそうなタイプだろうか?


大和撫子科学者も頑張れ!

初のなでしこノーベル賞学者は出るか?




いやはや、世も末ですナ。






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by kikidoblog2 | 2018-10-04 09:03 | 普通のサイエンス

2018年ノーベル化学賞はアーノルド、スミス、ウィンターの3人へ!:バイオ化学の発展   

みなさん、こんにちは。

今年のノーベル化学賞は、以下の人たちに贈られた!

Announcement of the Nobel Prize in Chemistry 2018
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フランセス・アーノルド、「酵素の方向進化の解明に対して」

ジョージ・スミスとG. P. ウィンター、「ペプチドと抗体のファージディスプレイの開発に対して」


ノーベル賞ツウィート
https://twitter.com/nobelprize
ノーベル賞フェイスブック
https://www.facebook.com/nobelprize
ノーベル賞インスタグラム
https://www.instagram.com/nobelprize_org/
ノーベル賞YouTube
https://www.youtube.com/user/thenobelprize



おめでとうございます!




頑張れ、日本!






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by kikidoblog2 | 2018-10-03 18:50 | 普通のサイエンス

2018年ノーベル物理学賞番外編:「光ピンセット」から「3次元的に操作できる電磁波浮揚技術」へ!?   

みなさん、こんにちは。

さて、昨夜のノーベル物理学賞は、光ピンセットと極超短レーザーパルスの開発者という光学分野へ授与されたようだ。

科学未来館の解説員によると、ノーベル物理学賞には、

素粒子宇宙論→光学→量子物性→素粒子宇宙論→光学→量子物性→.....

というサイクルがあるという。

ノーベル物理学賞の歴代受賞者のリストを眺めれば、確かにそんなサイクルがあるようにもみえる。

したがって、一昨年は量子物性、昨年は素粒子宇宙論と来たから、今年は光学であろうと予想していたら、やっぱり光学分野であった。

この意味では、予想通りの結果であった。

光ピンセット
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の開発と生体システムへの応用 に1人。
超高出力・超短パルス
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レーザーの生成方法の開発に2人。

しかしながら、この技術は化学や生物にも応用されたり、すでにフェムト秒パルス装置とか、生物化学分野のノーベル賞受賞というように、かなり被っている感じがしますナ。

俺は、また全く同じ内容でノーべル賞が来たかと思ったゾ。
フェムト秒化学

1999年に、アハメッド・ズウェイルはこの分野における先駆的な研究でノーベル化学賞を受賞した。ズウェイルの用いた技術では、数フェムト秒程度の超短パルスレーザーを用いる


日本人が同じ分野で4人目になった場合、見事にスルーされることが多いが、外人さんの場合は、こうしてなにがしかの理由をくっつけて再受賞という場合が多い。

アハメッド・ズウェイル
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のものと、今回の極短パルスは実質的には同じものでしょう。

それよりは、光学分野のもっと別のテーマでノーベル物理学賞を与えた方が良かったのではないか?

また、光ピンセットも、すでに似たような技術に対してノーベル物理学賞が与えられていたのではないか?

1997年の「レーザー光を用いて原子を冷却[55]および捕捉[56]する手法の開発」のノーベル物理学賞などはかなり今回のものに被っている。

こうしてみると、物理学はできた古い順に、

古典論:宇宙論、光学、力学、流体力学、弾性体力学、波動力学、熱力学、電磁気学、統計力学、
現代理論:相対性理論、素粒子、量子力学、量子光学、量子統計力学、量子物性、。。。

と発展してきたわけだが、古典力学分野は葬り去り、相対性理論、量子力学以降の分野でサイクルで表彰しているように見えますナ。

そうなると、熱力学統計の場合は、量子統計力学しか受賞対象になりえないのだろうか?

まあ、いずれにせよ、物性分野は来年にチャンス到来ということのようですナ。

しかしながら、それぞれの分野にはそれぞれの難問でまだ解けていない問題は山程あるわけだから、そういうのはのきなみノーベル賞から漏れてしまう。こういう問題をどうするんでしょうナア?


さて、だいぶ前置きが長くなってしまったが、今回の受賞対象になった光ピンセットというのは、非常に興味深いので、これをメモしておこう。

というのは、物理の鉄則に、

「ミクロでできれば、マクロでもできる(はず)」

というものがあるからである。むろん、その逆もある。

「マクロでできれば、ミクロでもできる(はず)」

つまり、極微細粒子を光レーザーでトラップし自由自在に持ち運べるなら、このマクロ版の、物体を電磁波で自由自在に持ち運べるはずである、ということになる。

つまり、エジプトのピラミッド建設の時に、何やら振動を使って、マクロの何トンの重さのある直方体の石を自由自在に持ち運ぶことができたという伝説があるように、我々もクレーンを使った力学的持ち運びではなく、光レーザーや電磁波レーザーを用いた、まったく新しいタイプの運搬技術があり得るのではないか?ということなのである。

この意味で、レーザートラップ法とか、光ピンセットとか、電磁場を使ったトラップ法とか、こういうものはマクロ技術への転用ができれば、非常に重要になるわけである。

この光ピンセットについては、日本語解説があったので、それをメモしておこう。以下のものである。


Title<技術ノート>光ピンセット 西山雅祥; 岡本憲二

1. 光ピンセットの原理

光は運動量を持つ.
このことは,光を電磁波としてとらえる電磁気学の立場からも,質量を持たない光子としてとらえる量子力学の立場からも容易に示すことができる.
したがって,光が反射や屈折などにより,その進行方向を変化させた場合や,光の吸収・放出が起きた場合には,運動量保存の法則により,その反作用として光の放射圧(radiation pressure)が生じる.

この放射圧は身の回りのいたるところで生じているはずだが,日常生活でそれと感じることはない. 
というのも,この光の圧力は極めて小さいからである.

例えば,レーザーポインターの光(1mW)をミラー表面に対して垂直に入射させて反射させた場合,ミラーにかかる放射圧は約7pNである.
これは,1気圧の気体が70 nm^2の面積に及ぼす力と同じである.
この微弱な力を巧みに利用する方法を考案したのが,米国ベル研究所のAshkinであった.
1970年代,Ashkinは, レンズで光を集束させると,その集光点に直径がマイクロメートル程度の微粒子を捕捉する力が発生することを発見した [1].

この手法を用いると,あたかも,ピンセットでつまむように,微粒子を捕まえ, 三次元的に自由に動かすことができる.
今日では,この光捕捉技術は,光ピンセット,または,光源としてレーザーが通常用いられるので,レーザー・トラッピング(laser trapping)と呼ばれている.
対象物を“直接”捕まえるマイクロピペットのような手法とは異なり,光ピンセットには,
1)非接触・非侵襲で対象物の捕捉・操作をおこなえる,
2)トラップ光を遮断すれば容易に放すことができる,
3)多数の粒子を同時にそれぞれ干渉することなく制御できる,

などのメリットがある[2-6].

放射圧は光の運動量保存則に則り,反作用としてはたらくのだから,通常はモノを「押す力」として作用するように思える.
ところが,光を集束させることで「引き寄せる力」へと変化するのである.

この放射圧による捕捉原理について,微粒子の屈折率が溶媒よりも大きい場合を例として説明する.

微粒子が波長よりも大きい場合は,幾何光学を用いる.
レンズで光を集光すると,微粒子に照射される光線は,微粒子内に入射する際と,射出する際において,二度屈折することになる(図1a).

こうした光の進行方向の変化は,放射圧として微粒子に力を及ぼすことになる.
詳細は省くが,様々な角度から入射する光の放射圧を足しあわせると,微粒子を集光点へと引き寄せる力が生じることになる.
その一方で,光線には微粒子の表面で散乱される成分もあり,その合力は集光点から微粒子を遠ざける方向に力がはたらく.
その結果,微粒子は,光の集光点よりも若干ずれた所を中心として捕捉される.
溶液中での熱揺らぎなどの影響で微粒子が捕捉中心から遠ざかったとしても,(ある一定の範囲内であれば)図1bに示すような復元力がはたらき,焦点付近へと引き戻される.
微粒子の大きさが波長程度の場合にも,同様の説明がなされる.

次に,光の波長より十分に小さいナノメートルサイズの粒子の場合を考える.
Rayleigh の光散乱理論に則り,ナノ粒子を1個の電気双極子として近似すると,周囲の電場から受ける力はLorentz力として得られる.
Lorentz力は, ナノ粒子と媒質の比誘電率に依存し光強度勾配に沿った方向にはたらく勾配力と,光の進行方向にはたらく散乱力の2つの成分からなる(図1c).
レンズを用いて十分に大きい角度から光を集光させると,勾配力を散乱力よりも大きくすることができるため,ナノ粒子を焦点付近に引き寄せトラップすることができるようになる.

一般的に,光ピンセットで集光点に捕捉できる物体の条件として,レーザー光の波長に対して透過率が高く,溶媒よりも屈折率が高いことが挙げられる.以上のような条件を満たせば,細胞なども捕捉できる.
また,金属粒子に関しては,粒径が大きい場合は表面での散乱力が大きく捕捉できないが,ナノメートル程度の粒子では捕捉可能となる.最後に,電磁波エネルギーの観点からみた捕捉原理について,Box.1にまとめておく.
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図1 光ピンセットの捕捉原理
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微粒子の屈折率(誘電率)が溶媒よりも大きい場合を作図している.
a,b光の波長よりも大きな微粒子が捕捉される場合.なお,bにおける白抜きの矢印は,光の進行方向が変わることで微粒子に及ぼす反作用の力を表している.
c光の波長よりも小さな物体が捕捉される場合.



はたして、このレーザー光による、極微細粒子のトラップ技術をマクロの世界で実現可能だろうか?

マクロの物体でも、基本原理はそれほど変わらないと考えられる。

物体の長さと波長の関係は、相似法則が適用できるだろう。だから、ほぼそのまま成り立つと考えられる。

電磁場を物体に集中させ、周波数を制御し、波長が物体より大きい場合は、電磁場(電波)は、物体よりずっと広がった場所から放出し、その強度の勾配に沿って力が働くと考えられる。光学のレンズに相当するものは、パラボラアンテナのようなものか、あるいは、2箇所から同時に放射する発振器のようなものでも良いのかも知れない。

いずれにせよ、上のレーザーの記述で、

微粒子→物体
光→電波
レーザー光→単一周波数電波=電波レーザー
レンズ→アンテナ
集光レンズ→パラボラアンテナ
。。。

というように読み替えればいいだろう。

この場合の電波は、おそらくテスラ波のような電荷振動の縦波がベストだろう。

もしこういうマクロ技術が誕生すれば、UFOが光で人間を円盤に引き上げるというような技術が可能になるだろう。


電磁場の縦波は、エーテルの音波=広義の重力波である。

電磁場には横波しか存在しないことになっているが、超高電圧、超高周波の電磁場は、縦波としての性質を持つのである。もし周りに電荷があれば、それはプラズマ波として見ることができる。

つまり、言い換えれば、電磁気的な音波を使って物体を浮き上がらせるのである。


ところで、普通の空気の音波を使って物体を持ち上げるという技術はすでに完成しているのだ。これである。

3次元的に操作できる「音波浮揚」技術:東大が開発



科学者たちが物体を宙に浮かせるのを見るのは、いつでも素晴らしいものだ。2011年には、イスラエルのテルアヴィヴ大学研究者チームが、超伝導体のマイスナー効果で物体を浮上させる動画が話題になった。

そして、東京大学の研究チームは12月中旬、物体を浮上させる研究の最新成果を発表した。チームが行ったデモンストレーションの動画は驚異的だ。小さなビーズの列が空中に浮き上がり、完璧なフォーメーションを保って飛び回っている。鉄製のネジも、静かに空中で回転している。そのほか、プラスティック片やマッチ棒の先端、さらには水滴までもが引力に逆らっている。これらはみな、超音波を用いた緻密な操作によるものだ。

アイデア自体は新しいものではない。動画でも触れられているとおり、音波を使って物体を空中に浮かせる「音波浮揚」の技術は、数十年前から研究されている(日本語版記事)。しかし今回の新しい要素は、物体を3次元的に動かせる点だ。

秘密は、スピーカーのユニークな配列にある。従来は、音波が固体板に跳ね返るように配置していたのを、東大チームは、4枚のパネルスピーカーを対面させるように配置した。これらスピーカーの壁によって、超音波の「焦点」が形成される。

超音波の焦点は、各スピーカーアレイからの出力を調整することによって、焦点に捕捉された物体ごと動かすことができる。音波は人間の耳には聴こえないため、この装置は無音で作動させることが可能だ。

同様の技術を巧みに応用している例は、すでにある。マクラーレン社は先ごろ、自動車のワイパーの代わりに、超音波振動を用いて雨をはじく技術を導入する計画を発表した。そのほか考えられる用途は、ホバーボード(SFに登場する、浮遊するスケートボード)から空飛ぶ絨毯まで、多岐にわたるだろう。

個人的には2014年が、宙に浮くアリのおもしろGIF画像が話題を呼ぶ年になるのも悪くないと思う。今年も科学者たちの健闘を祈りたい。





ところで、今夜はノーベル化学賞の発表がある。物理より化学の方が、日本人の可能性が高いのではないか?

飯島澄男博士に期待しよう。



若者よ、大志を抱け!

時代は君たちのものだ!


頑張ろう、地球人ヨ!





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by kikidoblog2 | 2018-10-03 10:21 | 普通のサイエンス