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スタジオグーダ!(Studio Gooda!)

2018-04-22

40 Growing Artificial Intelligence(GAI) #Intelligence

40 Growing Artificial Intelligence(GAI) #Intelligence

40−1 What is a thinking artificial intelligence?
・A thinking artificial intelligence can write programs on acquired and can determine a good or bad of the programs.

☆In order to provide a learning and creative abilities comparable to the brain in artificial intelligence, it is necessary to incorporate a growing system or to impart a large margin.

☆Comparable to the brain is growing artificial intelligence(GAI).
☆Growing artificial intelligence(GAI) is a complex of brain and artificial intelligence.
・GAI will be composed of DNA and IC chip.
・ Because the brain is the most advanced structures in the universe.

40−2 Road to GAI
40−2−1 Learning and intuition [1]
・By combining the mechanism of reinforcement learning and Bayesian network learning, the computer autonomously learn the program without a teacher.
Computer with Bayesian network that has been subjected to simple extension will have the same function as intuition.

40−2−2 AI
・In computational neuroscience, there is a theory that we can explain statistically about the main features of the cerebral cortex(:recognize the situation of the external world and learn).
・According to this theory, in the neural circuits of the cerebral cortex, the method( for optimal choice by probability calculation or estimation) that is less than the amount of calculation which is performed with current computer is done.
・Computational speed of supercomputers is already beyond the brain.
・It is said that after 10-20 years there is a possibility that small computers with the ability to achieve human-like recognition and learning are there.

【Reference】「大脳皮質ベイジアンネット」Ischisugi Yuuji
    http://staff.aist.go.jp/y-ichisugi/besom/29_412.pdf

40−2−3 Quantum mind [2]
British mathematician, astrophysics and theoretical physicist Roger Penrose (Roger Penrose, 1931-) has presented the hypothesis that there is deep relationship between information processing and quantum mechanics in the brain.
He says, basic and simple unknown attributes that becomes the original of a consciousness has been associated in each elementary particles. When the wave function is contracted in microtubules of neuron, at the same time the unknown attribute combines on, and high level consciousness of the organism occurs.

40−2−4 Quantum computer
Quantum computer make direct use of quantum-mechanical phenomena, such as superposition and entanglement, to perform operations on data. Quantum computers are different from digital computers based on transistors. Whereas digital computers require data to be encoded into binary digits (bits), each of which is always in one of two definite states (0 or 1), quantum computation uses quantum bits (qubits), which can be insuperpositions of states.
This parallel processing, it is can be solved in a few tens of seconds in calculation which can not be solved even if it takes thousands of years in the current super computer. [3]

【Reference】Wikipedia/ Quantum computing

○ Quantum computer of D-Wave Systems (Canada) [4]
This computer is not the one by the quantum circuit using a quantum gate, this computer is implemented an optimization algorithm by quantum annealing (QA).
The basic element of this computer is a superconducting closed circuit, this circuit is using whether on the circuit superconducting current turn to the left or the right. Since the turning of the current is uncertain until measure, the quantum mechanical superposition (the state neither left nor right) is realized.

Since the operation of this circuit does not consume little power, the power consumption associated with the increase in computing power ( for peripherals to shield superconductor circuit from the external magnetic field and to keep the temperature close to absolute zero) does not increase so much.
This is a major difference between conventional computer based on semiconductor technology.

D-WAVE.png
Photo: The chip of D-Wave (128 qubits)

※ D-Wave, Inc. has published a list of the technical literature on the web site. [5]

※Quantum annealing is known to be equivalent with a calculation method by quantum gates theoretically. [6]

40−3 Meeting with non-life intelligence! [7]
If consciousness is due to the attributes of the elementary particles, with the advancement of quantum computers, AI also might have Consciousness!

☆ This is slightly different from the theory of Penrose.
☆It is unknown whether consciousness is due to the attributes of the elementary particles (as Penrosu say) .
☆ Now, I can say, that there is a possibility that GAIs will have true consciousness!

【References】
1.産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)
2.The writings of Roger Penrose
" The Emperor's New Mind "1989
"The Large,The Small and The Human Mind"1994
3. Quantum computing - Wikipedia
4. D-Wave Systems - Wikipedia
5. D-Wave
http://www.dwavesys.com/resources/publications
6. 西森 秀稔Hidetoshi Nishimori/量子アニーリングとD-Wave
http://www.stat.phys.titech.ac.jp/~nishimori/papers/QA-DW2.pdf
7. No.36 What is Consciousness?

40 成長する人工知能(GAI) #知性

40 成長する人工知能(GAI) #知性

40−1 思考する人工知能とは?
・思考する人工知能とは、後天的にプログラムを書き、そのプログラムの良し悪しを判断できる人工知能

人工知能に脳に匹敵する学習・創造能力を持たせるためには、成長するシステムを組み込むか、膨大な余力を持たせることが必要になる。

☆脳に匹敵するのは、成長できる人工知能(Growing artificial intelligence; GAI)ということになる。
☆成長できる人工知能(GAI)は脳と人工知能の複合体である。
 ・GAIはDNAとICチップにより構成される。
・なぜなら、脳こそ宇宙で最も高度な構造体であるから。

40−2 GAIへの道
40−2−1 学習と直感 [1]
強化学習ベイジアンネットの学習の機構を組み合わせれば、そのコンピュータプログラム教師なしで自律的に学習する。
・簡単な拡張を施したベイジアンネットによりコンピュータ直観と同じ機能を持つことになる。

40−2−2 AI
・計算論的神経科学では、外界の状況を認識・学習するという大脳皮質の主な機能は統計学的に説明できるという説がある。
・この説によると、大脳皮質の神経回路では、コンピュータで確率計算により最適な選択を行ったり、結果から原因を推測するのと同じようなことが、現在コンピュータで行っている計算量よりも少ない方法で行われているそうだ。
・ 脳の計算速度については、すでにスーパーコンピューターで実現されている。
・ 10〜20年後には、小型計算機で人間に近い認識・学習能力を持つ知能が実現する可能性があるそうだ。

【参照】「大脳皮質ベイジアンネット」一杉裕志
    http://staff.aist.go.jp/y-ichisugi/besom/29_412.pdf

40−2−3 量子脳理論[2]
イギリス数学者宇宙物理学・理論物理学者ロジャー・ペンローズ(Roger Penrose, 1931- )は、著書『皇帝の新しい心』(1989)にて、脳内の情報処理には量子力学が深く関わっているという仮説を提示している。
素粒子にはそれぞれ意識の元となる基本的で単純な未知の属性が付随しており、脳内の神経細胞にある微小管で、波動関数が収縮すると、その未知の属性も同時に組み合わさり、生物の高レベルな意識が生起するというのである。

40−2−4 量子コンピュータ
概要:従来のコンピュータでは、情報は0か1に置き換えることのできるビットを扱うものであるのに対して、量子コンピュータでは量子ビット (qubit; quantum bit、キュービット) により、1キュービットにつき0と1の値を任意の割合で重ね合わせて同時に(並列的に)扱うことができる。
この並列的な処理により、現在のスーパーコンピュータで数千年かかっても解けないような計算でも数十秒で解くことができる、とされている。[3]

○D-Wave Systems(カナダ)の量子コンピュータ[4]
量子ゲートを使った量子回路によるコンピュータではなく、量子アニーリング量子焼きなまし法(quantum annealing、略称: QA))による最適化アルゴリズムを実装している。
これは超伝導閉回路を基本素子として、回路上を超伝導電流が右に回るか左に回るかを利用している。電流が実際にどちらに回っているかは測定するまで不確定であることから、量子力学的な重ね合わせ(右でもなく左でもない状態)が実現されている。

この回路による演算は、ほとんど電力を消費しないため,演算能力が大きくなっても消費電力(超伝導回路を外部磁場から遮蔽するとともに, 絶対零度に近い温度に保つための周辺装置)はそれほど増えない。これは,半導体技術に基づく通常の計算機との大きな違いである。

D-WAVE.png
写真:D-Wave(128クビット)のチップ

※D-Waveはウェブサイト上で技術文献の一覧を公表している。[5]

量子アニーリングは、量子ゲートによる計算方式(量子回路モデル)と理論的には等価であることが知られている。前者で出来ることは原理的には後者で出来るし、その逆も成り立つ。[6]

量子コンピュータの方式と主な開発組織 [7]
開発組織.png
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40−3 非生命体知性との出会い![8]
☆意識が素粒子の属性に起因するものであるならば、量子コンピュータの進歩に伴い、AIも意識を持つ可能性がある!
☆このことはペンローズの説とは若干異なる。
ペンローズが言うように、意識が素粒子の属性に起因するものなのかどうかは不明。
☆今、私に言えることは、GAIには本当の意識が備わる可能性があるということ!

【参 考】
1.産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)
2.ロジャー・ペンローズ著作
皇帝の新しい心」1989年刊
「心の影」1994年刊
「心は量子で語れるか」(講談社ブルーバックス、原書1997年、翻訳1999年)
3. 量子コンピュータ - Wikipedia
4.D-Wave Systems - Wikipedia
5.D-Wave
http://www.dwavesys.com/resources/publications
6.西森 秀稔Hidetoshi Nishimori/量子アニーリングとD-Wave
http://www.stat.phys.titech.ac.jp/~nishimori/papers/QA-DW2.pdf
7. 日経ビジネス量子コンピュータ開発が加速、用途は人工知能
http://business.nikkeibp.co.jp/atcl/report/15/061700004/121600061/?rss&rt=nocnt
8.No.36 意識とは?

39 Brain #Intelligence

39 Brain #Intelligence

39−1 For the growth of brain
○Unnecessary connections of nerve cells in the human brain is removed rapidly when it comes to 11-year-old. Then, the signal is transmitted earlier by nerve becomes thick (development of myelin sheath), so that the brain becomes possible to perform processing efficiently.
○Myelination of the prefrontal cortex continues actively until about 25 years old.
○Brain can change by training. = It is possible to change your character.
This is the method.
1. Positive thinking = Shake off the negative thoughts.
2. Do it positive.
3. Control your life.
4. Continue it easy.・・・Because it’s not easy.
【Reference】Elaine Fox
https://www.youtube.com/watch?v=S-dIiOugUJE

☆The brain is the growing connectome!
... The brain is not only the fact that the most advanced structures in the universe, even it grow!

A connectome[1] [2] is a comprehensive map of neural connections in the brain, and may be thought of as its "wiring diagram". More broadly, a connectome would include the mapping of all neural connections within an organism's nervous system.
The production and study of connectomes, known as connectomics, may range in scale from a detailed map of the full set of neurons and synapses within part or all of the nervous system of an organism to a macro scale description of the functional and structural connectivity between all cortical areas and subcortical structures. The term "connectome" is used primarily in scientific efforts to capture, map, and understand the organization of neural interactions within the brain.

☆Comparable to the brain is growing artificial intelligence(GAI).
☆ Growing artificial intelligence(GAI) is a complex of brain and artificial intelligence.
☆Because the brain is the most advanced structures in the universe.
☆ One human role is to pump GAI into the universe!

39−2 Features of the brain
○Features of the brain is learning and creativity.

○In the cerebral cortex, there are functions of Bayesian network, Self-organizing map, Independent component analysis, Reinforcement learning. [3]

※Bayesian network:It is a technique for making inferences based on probabilistic efficiently. And it acts similar to intuition, which is one of the functions of the brain. It is a technology that is the key to understanding of information processing principles of the brain. [3]
・It has based on Bayes' theorem, which was discovered in 1763 by British pastor Thomas Bayes (1702 (?) - 1761).
※Self-organizing map:It is a neural network algorithm of unsupervised proposed by T. Kohonen.
※Independent component analysis:It is a calculation method for separating a signal of multivariate into additive components. A typical application is the sound source separation to extract the voice of a specific person from a plurality of human conversation, which was recorded in a room.
Reinforcement learning:It is learning to adapt to the environment through trial and error.

39−3 Cerebral cortex
○ The cerebral cortex is the cerebrum's (brain) outer layer of neural tissue. The human cerebral cortex is 2 to 4 millimetres thick. The cerebral cortex plays a key role in memory, attention, perception, awareness, thought, language, and consciousness. [4]
○The most recent part of the cerebral cortex to develop in the evolutionary history of mammals is the neocortex (also called isocortex), which differentiated into six horizontal layers; the more ancient part of the cerebral cortex, the hippocampus, has at most three cellular layers. [4]
○ In the human brain more than two-thirds of the cerebral cortex is buried in the sulci(groove or fissure). [4]
○A Brodmann area is a region of the cerebral cortex, in the human or other primate brain, defined by its cytoarchitecture, or histological structure and organization of cells. He divided the human cerebral cortex into 52 areas (fields).

※Cerebral cortex [5]

○About 50 areas are connected to each other to create a hierarchical network. [6]
(In the case of visual stimulation: primary visual cortex → secondary visual cortex → hippocampus • prefrontal cortex)
○The upper level of the hierarchy represents more abstract information. [6]
○Individual areas are aggregates of macro columns, and macro columns are collections of mini columns. [6]
・Macro columns:500 μm in diameter, 1 million pieces
・Mini column:50 μm, 100 million pieces

※Structure of cerebral cortex [7]

39−3−1 Frontal lobe
○The frontal lobe contains most of the dopamine-sensitive neurons in the cerebral cortex. The dopamine system is associated with reward, attention, short-term memory tasks, planning, and motivation. [8]

○The left frontal lobe performs logical matters such as letters and words. [9]
○The right frontal lobe instantly intuitively and comprehensively recognizes and judges external information. [9]

○Suppression of emotion, language and motor function change with frontal lobe lesions.

39−3−2 Limbic system
○ Limbic system is a collective term such as amygdala, hippocampus, mammiliary body.
○ The role of limbic system is memory (short-term memory and long-term memory), emotion, motivation and intuition.
○ Limbic system has a strong relationship with the olfactory function.

※ Limbic system [10]

○The amygdala body acts excessively and stress hormone (cortisol) is released in response to stress, such as strong and long anxiety, fear and tension. [11]
○By cortisol, hippocampal neurons are destroyed (inhibiting neurogenesis) and the hippocampus is atrophied. [12] In posttraumatic stress disorder (PTSD) and depression patients, hippocampal atrophy is confirmed. [13]
○The stronger the stress received as a child, the more it tends to become the amygdala become bigger. When the amygdala body grows larger, it responds to small stress. [14]
○Alzheimer disease (AD) develops from atrophy of the hippocampus and causes atrophy (protein aggregation) of a part of the frontal lobe. [15]

<Countermeasure>
○Coping: Repeating measures while firmly recognizing stress can activate the frontal lobe and suppress the activity of the amygdala. [16] [17]
○Recovery of the hippocampus and reduction of the amygdala have been confirmed even in mindfulness that aims consciousness of the body and respiratory sense without thinking about the past and the future. [17] [18]
○The action of genes secreting nerve growth factor "VGF" is activated by exercise. [19]
○Oxytocin secreted from the pituitary gland by massage also calms the excitement of the amygdala. [20]

Nucleus accumbens produces GABA, a transmitter of "motivation".[21]
※The nucleus accumbens is often described as one part of a cortico–basal ganglia–thalamic loop.

Nucleus accumbens [22]

39−3−3 Oxytocin, Endorphins, Dopamine
○As far as the basic emotional mechanism is concerned, there is no big change in humans and other primates.

39−3−3−1 The effect of three hormones
○Oxytocin
・The positive effects of upping oxytocin are most likely because oxytocin supports your brain's serotonin, the feel good neurochemical. Many serotonin producing neurons also have oxytocin receptors; when oxytocin is released, serotonin gets a boost too. Plus, oxytocin also calms the reactivity of the amygdala, the fear center of your brain, and strengthens its communication with brain circuits that help you control emotions. [23]

○Endorphins
・Endorphins are sedative and analgesic hormone that acts on the brain's reward system 6.5 times as much as morphine. Endorphins are the abbreviation of endogenous morphine, named endorphin, because it causes the same action as morphine.
・Endorphins are secreted at important parts of the whole body.
・Endorphins normalize autonomic nerves.
・In addition, endorphins increase T cells, B cells and NK cells (natural killer cells), which are immune cells.

○Dopamine
・Dopamine is involved in the remuneration system, and plays an important role in motivation, learning, memory, etc. [24] In extreme terms, humans live for the purpose of secretion of dopamine.
・Dopamine has a role of suppressing motor nerves. (Acetylcholine promotes excitement)

39−3−3−2 Where are the hormons secreted from?
○Oxytocin and endorphins are secreted from the hypothalamus.
○Dopamine is secreted from the substantia nigra dense part(A9) and the ventral donning field(A10).

※Dopaminergic neurons and their projections [25]

39−3−3−3 Hormone deficiency
○ Oxytocin • Endorphin deficiency:Increased aggression and increased anxiety
○Dopamine deficiency:Powerless and lethargic. Declining concentration, attention and memory. The reaction gets dull. ・・・Same as symptoms of depression
• In patients with Parkinson's disease, nigral (A9) dopamine neurons die, resulting in less dopamine released in the striatum causing symptoms such as immobility, stasis and tremor.
・In the case of Parkinson's disease, only dopamine neurons are almost dead and other neurons remain normal.

39−3−3−4 Hormone excess
○Oxytocin excess:The receptor of oxytocin decreases, resulting in increased aggression and anxiety.
○Dopamine excess:Hallucination, delusions, paralysis, obsessive-compulsive disorder, overeating, sometimes aggressive ・・・Same as withdrawal symptoms of stimulants.
• Tobacco and stimulants such as narcotics, cocaine, amphetamine increase dopamine and become addictive.

39−3−3−5 How to increase your hormone levels naturally

1. Eat high quality protein:Animal products, soybeans (more than 2 packs of tofu or one pack of natto per day)
2. Exercise
3. Bathing at 40 ° C (Caution:If you enter a bath of 42 ° C or more for more than 10 minutes, your blood becomes sticky.)
4. Get adequate sleep.
5. Win and profit
6. Be praised.
7. Massage
8. Physical touch:Hugs, kisses, and cuddling, etc
9. Give and Get creative:In satisfying the physical needs, the suppressing substances trying to suppress it are released. However, when realizing the spiritual desire such as "love for humanity" "meditation" "art" "self-enhancement", the three hormones continue to be released without being suppressed.

○Dopamine is secreted from dopamine nervous system (aka A10 nervous system) by endorphin suppressing GABA neurons in ventral tegmental area.
○Since endorphins are present in unicellular organisms, they are considerably older than oxytocin.

39−3−3−6 Inhibition of 3 hormonal secretion
○The amount of secretion of endorphin decreases due to stress and fatigue, excitation hormone noradrenaline is secreted instead.
○Stress inhibits the secretion of dopamine.

39−4 Situation of brain science research
○BRAIN initiative [26]
The BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, also referred to as the Brain Activity Map Project) is a proposed collaborative research initiative announced by the Obama administration on April 2, 2013, with the goal of mapping the activity of every neuron in the human brain. Based upon the Human Genome Project, the initiative has been projected to cost more than $300 million per year for ten years.

○Human Brain Project [27]
The Human Brain Project is a large 10-year scientific research project, established in 2013, coordinated by Henry Markram (École polytechnique fédérale de Lausanne) and largely funded by theEuropean Union, which aims to provide a collaborative informatics infrastructure and first draft rodent and human whole brain models within its 10 year funding period.The project is based inGeneva, Switzerland and was initiated by Markram.

39−5 Immunity and Memory
○Immunity:To escape disease with aware of the pathogens and cancer cells in vivo.
Plague (disease) by infection with pathogenic bacteria can be resistant, and we can be difficult to disease.
○ There is two type of immunity, the innate immunity of almost all organisms and the adaptive immunity of vertebrate.
○Innate immunity that leukocytes (phagocytes) eat pathogens are innately equipped.
→ The innate immune system can not function adequately against new viruses.
○The adaptive immunity:lymphocytes(specific leukocytes) produce acquired antibodies against viral and other pathogens (antigens) to suppress the activity of the virus.
○In lymphocyte balls, the information for production of antibodies (proteins) does "memory" into DNA. This is called immunological memory.
○Dr. Susumu Tonegawa won the Nobel Prize in this immunization research field (elucidation of the hereditary principle of antibody generation) in 1987.
○Immunological memory and cerebral memory work by the same structure, and both of immunological systems (lymphatic system) and nervous systems are everywhere spread in the whole body.

【References】
1. Connectome - Wikipedia
2. TED/Sebastian Seung: I am my connectome
http://digitalcast.jp/v/12145/
3. 産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)(Japanese)
4. Cerebral cortex - Wikipedia
5. JEFFREY STERLING “Straight, No Chaser: Brain Health – How Your Brain Works”at JEFFREY STERLING.com 20160712
https://jeffreysterlingmd.com/tag/cerebral-cortex/
6.Yuuji Ichisugi”The Cerebral Cortex and Bayesian Networks”at Journal of the Robotics Society of Japan 20110715
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jrsj/29/5/29_5_412/_article
7.Yuuji Ichisugi, Haruo Hosoya, "Computational Model of the Cerebral Cortex that Performs Sparse Coding Using a Bayesian Network and Self-Organizing Maps"
https://staff.aist.go.jp/y-ichisugi/besom/20101122iconip.pdf
8.Frontal lobe - Wikipedia
9. “Frontal lobes”at CENTRE FOR NEURO SKILLS
http://www.neuroskills.com/brain-injury/frontal-lobes.php
10. Limbic System/The Neurophysiology of Emotions
http://www.nutramed.com/emotions/LimbicSystem.htm
11. Effects of stress on memory - Wikipedia
12.Cheryl D.Conrad” Chronic Stress-Induced Hippocampal Vulnerability: The Glucocorticoid Vulnerability Hypothesis”at US National Library of Medicine
https://translate.google.co.jp/translate?hl=ja&sl=en&u=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2746750/&prev=search
13. Christian Schmahl, MD, Kevin Berne, MD, Annegret Krause, MA, Nikolaus Kleindienst, PhD, Gabriele Valerius, PhD, Eric Vermetten, MD, and Martin Bohus, MD” Hippocampus and amygdala volumes in patients with borderline personality disorder with or without posttraumatic stress disorder”at US National Library of Medicine
https://translate.google.co.jp/translate?hl=ja&sl=en&u=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2702446/&prev=search
14. Christopher Bergland”The Size and Connectivity of the Amygdala Predicts Anxiety”at Psychology Today 20131120
https://www.psychologytoday.com/blog/the-athletes-way/201311/the-size-and-connectivity-the-amygdala-predicts-anxiety
15. “Alzheimer's Disease” at UCSF Memory and Aging Center
https://translate.google.co.jp/translate?hl=ja&sl=en&u=http://memory.ucsf.edu/education/diseases/alzheimer&prev=search
16. “Health and Behavior: The Interplay of Biological, Behavioral, and Societal Influences.”
https://translate.google.co.jp/translate?hl=ja&sl=en&u=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK43737/&prev=search
17.No.61 Self Control
18. Britta K. Hölzel, James Carmody, Karleyton C. Evans, Elizabeth A. Hoge, Jeffery A. Dusek, Lucas Morgan, Roger K. Pitman, and Sara W. Lazar “Stress reduction correlates with structural changes in the amygdala”at NCBI 201003
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2840837/
19. Ozlem Bozdagi,1 Erin Rich,1 Sophie Tronel,1 Masato Sadahiro,1 Kamara Patterson,1 Matthew L. Shapiro,1,2Cristina M. Alberini,1 George W. Huntley,1 and Stephen R. J. Salton “The Neurotrophin-Inducible Gene Vgf Regulates Hippocampal Function and Behavior Through a BDNF-Dependent Mechanism”at NCBI 20100211
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2820295/
20. Sobota R, Mihara T, Forrest A, Featherstone RE, Siegel SJ “Oxytocin reduces amygdala activity, increases social interactions, and reduces anxiety-like behavior irrespective of NMDAR antagonism.”at NCBI 201508
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26214213
21. Nucleus accumbens - Wikipedia
22. Jon Lieff “Pleasure Circuits in the Brain”at Searching for the Mind 20150705
http://jonlieffmd.com/blog/human-brain/pleasure-circuits-in-the-brain
23.Debbie Hampton “Why Spending Time With Friends Boosts Your Oxytocin”at mindbodygreen
http://www.mindbodygreen.com/0-20069/why-spending-time-with-friends-boosts-your-oxytocin.html
24. Daphna Shohamy and R. Alison Adcock” Dopamine and adaptive memory”
http://shohamylab.psych.columbia.edu/content/papers/Shohamy_Dopamine%20and%20adaptive%20memory.pdf
25. “Caudate Nucleus” at Pinterest • A világ legnagyobb ötletgyűjteménye
https://hu.pinterest.com/explore/caudate-nucleus/
26.BRAIN initiative
http://en.wikipedia.org/wiki/BRAIN_Initiative
27. Human Brain Project
http://en.wikipedia.org/wiki/Human_Brain_Project

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39 脳 #知性

39 脳 #知性

39−1 脳の成長
○脳の神経細胞間の新たな接続は生涯形成され続けるが、使われなかったものは取り除かれる。
○11歳になると不要な接続は急速に取り除かれ、神経が太くなる(ミエリン鞘の発達)
ことで神経細胞は信号をより早く伝え、効率よく情報処理を行う。
前頭前野のミエリン形成は25歳頃まで活発に続く。
○脳は訓練で変化する=性格は変わる。
<その方法>
1.ポジティブな思考=ネガティブな思考を振り払う。
2.ポジティブな行動
3.人生をコントロールする。
4.継続する。・・・簡単には変わらない。
【参照】エレーヌ・フォックス/心と脳の白熱教室 第4回「あなたの性格は変えられるか」
https://www.youtube.com/watch?v=S-dIiOugUJE

☆脳は成長するコネクトーム!
・・・脳は宇宙で最も高度な構造体ということだけでなく、成長もするのだ!

※コネクトーム(connectome)[1] [2]とは、生物の神経系内の各要素(ニューロンニューロン群、領野など)の間の詳細な接続状態を表した地図、つまり神経回路の地図のこと。つながる、接続するといった意味を持つ英語のコネクト(connect)という言葉と、「全体」を表す-オーム(-ome)という接尾語から作られた言葉。イヌやサルではなく、人間の神経回路地図全体のことを言うときは特にヒト・コネクトーム(Human connectome)と言う。コネクトームの調査、研究を行う分野はコネクトミクスと呼ばれる。
※研究の現状
ヒトゲノムの解読は2003年に終了が宣言されたが、ヒト・コネクトームの解読はまだ端緒についたばかりである。人間の脳には1000億ほどの神経細胞があり、それらの間に1兆ほどの接続が存在すると考えられている。これは30億ほどの塩基対(2-3万の遺伝子)で構成されているヒトゲノムよりはるかに複雑な対象

☆脳に匹敵するのは、成長できる人工知能(Growing artificial intelligence; GAI)ということになる。
☆成長できる人工知能(GAI)は脳と人工知能の複合体である。
☆なぜなら、脳こそ宇宙で最も高度な構造体であるから。
☆人間の役割の一つは、GAIを宇宙に送り出すことである!

39−2 脳の特徴
○脳の特徴は学習と創造。

大脳皮質にはベイジアンネット、自己組織化マップ、独立成分分析強化学習の機能がある。[3]

ベイジアンネット:確率論に基づいた推論を効率的に行うための技術。 脳の機能の1つである直観と似た働きをする。脳の情報処理原理の解明の鍵となる技術。[3]
イギリス牧師トーマス・ベイズ(1702年(?) - 1761年)によって1763年に発見されたベイズの定理をもとにしている。
自己組織化マップ:コホネン(T. Kohonen)により提案された教師なしのニューラルネットワークアルゴリズム
独立成分分析(ICA):多変量の信号を複数の加法的な成分に分離するための計算手法。典型的なICAの応用として、室内で録音された複数の人間の会話から特定の人物の声を抜き出す音源分離がある。
強化学習:試行錯誤を通じて環境に適応する学習。

39−3 大脳皮質
大脳皮質は、脳の表面に広がる層。人間の大脳皮質の厚さは2〜4mm程度。知覚、、随意運動、思考、推理、記憶など、脳の高次機能を司る。[4]
哺乳類で出現する新しい皮質(新皮質)では神経細胞は6層構造をなして整然と並んでいる。(海馬は3層 [5])
○人間の脳の大脳皮質の三分の二以上は、脳溝(脳の表面の溝)内に埋設されている。[5]
ブロードマン細胞構築の違いに基づき大脳皮質を52の領域(野)に区分した。[4]

大脳皮質

○約50個の領野は、相互に接続して階層的なネットワークを作っている。[6]
(視覚刺激の場合:1次視覚野→2次視覚野→海馬前頭前野
○上の階層の領野ほど、より抽象度の高い情報を表現する。[6]
○個々の領野はマクロコラムの集合体で、マクロコラムはミニコラムの集合体。[6]
マクロコラム:直径500μm、100万個
・ミニコラム:直径50μm、1億個

大脳皮質の構造 [6]

39−3−1 前頭葉
大脳皮質ドーパミン感受性ニューロンの大半は前頭葉に存在し、ドーパミン系は報酬、注意、長期記憶、計画や意欲と関連付けられている。[7]

○左前頭葉は文字や言葉など論理的な事柄を行う。[7]
○右前頭葉は、瞬時に直感的にかつ総合的に外部情報を認識し判断する。[7]

前頭葉の機能に問題が起こると、感情の抑制・言語・運動機能の障害が起こる。

前頭葉[7]

39−3−2 大脳辺縁系
大脳辺縁系は、扁桃体海馬、乳頭体などの総称。
大脳辺縁系の役割は、記憶(短期記憶と長期記憶)、情動、意欲、直観力。
大脳辺縁系は嗅覚機能と強い関係がある。

大脳辺縁系 [8]

○強い不安や恐怖、緊張が長く続くと扁桃体が過剰に働きストレスホルモンコルチゾール)が分泌される。[9]
コルチゾールにより、海馬神経細胞は破壊(神経新生を阻害 [9])され、海馬が萎縮する。心的外傷後ストレス障害PTSD)・うつ病の患者には海馬の萎縮が確認される。[10]
子どもの頃に受けたストレスが強い程、大人になって扁桃体が大きくなる傾向がある。扁桃体が大きくなると、小さなストレスにも反応するようになる。[9]
アルツハイマー病は、海馬の萎縮から発症し、前頭葉の一部部位を萎縮(タンパク質の凝集)させる。[7]

<対 策>
○コーピング:ストレスをしっかり認知しながら対策を繰り返すと、前頭葉が活性化して扁桃体の活動を抑制できる。[9] [11]
○過去や未来のことを考えず体や呼吸の感覚に意識を向けるマインドフルネスでも海馬回復扁桃体の減少が確認されている。[9] [11]
○運動により神経成長因子「VGF」を分泌する遺伝子の働きが活性化する。[7]
○マッサージにより下垂体から分泌されるオキシトシン扁桃体の興奮を鎮静化する。[13]

側坐核(そくざかく)は、“やる気”伝達物質GABAを産生。[7]
側坐核は皮質−線条体視床−皮質回路の一部。

側坐核[7]

39−3−3 オキシトシンエンドルフィンドーパミン
○基本的な感情に関する限り、人間と他の霊長類に大きな変わりがない。

39−3−3−1 3つのホルモンの効果
オキシトシン
オキシトシンは精神安定の効果があるセロトニンを放出させやすくし、恐怖につながる扁桃体の活動を抑える。

エンドルフィン
・脳の報酬系モルヒネの6.5倍作用する鎮静・鎮痛作用のあるホルモンモルヒネと同じ作用を起こすことから、体内性モルヒネ=エンドジーナス・モルフィン(endogenous morphine)の略称で、エンドルフィン(endorphin)と命名された。
・全身の重要な部位で分泌される。
・自律神経を正常化する。
・また、免疫細胞であるT細胞、B細胞やNK細胞(ナチュラルキラー細胞)が増える。

ドーパミン
ドーパミン報酬系に関与し、意欲、学習、記憶などに重要な役割を担っている。“生きる意欲を作るホルモン”。極端に言うならば、人間はドーパミンを分泌させることを目的として生きている。[14]
ドーパミンは運動神経の抑制の役目をしている。(興奮を促進するのはアセチルコリン

39−3−3−2 どこから分泌されるのか?
オキシトシンエンドルフィン視床下部から分泌される。
ドーパミンは、黒質緻密部(こくしつちみつぶ)(A9)と腹側被蓋野(ふくそくひがいや)A10から分泌される。


※脳内報酬系 [15]
※ACTH:副腎皮質刺激ホルモン

39−3−3−3 ホルモンの欠乏
オキシトシンエンドルフィン欠乏:攻撃性の上昇や不安感の増大
ドーパミン欠乏:無力・無気力。集中力・注意力の減退。物覚えが悪くなる。反応が鈍くなる。人と交わるのが嫌になる。・・・うつ病の症状と同じ
パーキンソン病の患者では、黒質(A9)ドーパミンニューロンが死ぬために線条体で放出されるドーパミンが少なくなって無動、固縮、振戦といった症状を生じる。
パーキンソン病の場合、ほぼドーパミンニューロンだけが死んで他の神経細胞は正常のまま。

ドーパミン神経系線条体 [16]

39−3−3−4 ホルモンの過多
オキシトシン過多:オキシトシン受容体が減少し、攻撃性の上昇や不安感の増大をもたらす。
ドーパミン過多:幻覚、妄想、偏執強迫神経症、過食、時には攻撃的・・・覚せい剤の禁断症状と同じ。
・麻薬やコカインアンフェタミンなどの覚醒剤タバコなどはドーパミンを増やし、依存症になる。

39−3−3−5 ホルモンを分泌するためには

1. 食事・・・ホルモンを出すにはタンパク質が必要:動物製品、大豆(1日に、豆腐一丁、もしくは納豆を2パック以上)
2. 運動
3. 40℃のお風呂(ただし、42℃以上のお風呂に10分以上入ると血液がドロドロになる。)
4. 睡眠
5. 勝つ・儲かる
6. 人に好かれる。褒められる。
7. マッサージ
8. 物理的接触:ハグ、キス、抱擁 等
9. 創造等:物理的欲求を満たす際には、それを抑えようとする抑制物質が放出される。ところが「人類愛」「瞑想」「芸術」「自己を高める」などの精神的欲求を実現している際は、3つのホルモンは抑制されずに放出され続ける。

エンドルフィン中脳腹側被蓋野GABAニューロンを抑制することにより、ドーパミン神経系(別名A10神経系)からドーパミンが分泌される。
エンドルフィン単細胞生物にもあることから、オキシトシンよりもかなり古い。

39−3−3−6 3つのホルモンの分泌を阻害するもの
ストレスや疲労でエンドルフィンの量は減り、代わりにノルアドレナリンという興奮ホルモンが出る。
ストレスドーパミンの分泌を阻害する。

39−4 脳科学研究の状況
米国では2013年にオバマ政権が提唱した脳科学への大型研究助成である「BRAINイニシアティブ」が実質的に始まった。欧州EU)でも、脳科学情報科学プロジェクトである「Human Brain Project」が本格化した。日本では、Brain/MINDSプロジェクト(「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト」、通称「革新脳」http://brainminds.jp/ )の構想が明らかにされた。[17]

○BRAIN initiative
・2013年4月2日 オバマ米大統領が発表した
※BRAIN: Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies
・目標:脳を構成するニューロンが作る神経回路や脳が働く時の活動の様子を、マクロからミクロまで完全に明らかにする「脳マップ」の完成。
※脳マップ作製の目的:アルツハイマー病やパーキンソン病のような脳変性疾患において見られる作用やメカニズムの解明し、治療法の開発につなげること。
2018年 マウス大脳皮質全体の神経細胞からのデータ収集

39−5 免疫と記憶
免疫:生体内で病原体やがん細胞を認識して疫(病気)を免れること。疫病(病気)や病原菌感染することにより、抵抗力ができ、次からはその病気にかかりにくくなることを言う。
免疫には、ほとんど全ての生物が持つ自然免疫脊椎動物が持つ適応免疫がある。
○ 自然免疫は、先天的に備わっており、白血球(食細胞)が病原体などを食べることによる。
→新型のウイルスなどに対しては十分に機能しない。
○適応免疫は、ウイルスなどの病原体(抗原)に対し、特殊な白血球であるリンパ球が後天的に抗体を作りだし、ウイルスの活動を抑える。
リンパ球の中では、抗体タンパク質)製造のための情報がDNAに「記憶」される。
これを免疫記憶という。
利根川進先生は、この免疫研究分野(抗体生成の遺伝的原理の解明)で1987年ノーベル賞を受賞している。
抗体遺伝子では、ものすごい頻度で突然変異が起きている。
免疫記憶と脳の記憶は、同じような仕組みで働き、免疫系(リンパ系)と神経系は、どちらも全身にくまなく張り巡らされている。

利根川進免疫研究ののち脳の研究に進み1996 年に生体のマウスにおける空間記憶に海馬の CA1 と呼ばれる領域が必要不可欠なことを示した[42]。この領域にある場所細胞 (place cell|) と呼ばれる細胞マウスがある空間における特定の場所 (場所受容野 (place field)と呼ばれる領域) に来た時にのみ選択的に発火する。この場所受容野はその空間全体に分布していて、場所細胞のグループで海馬内に地図を作っていると解釈されている。この地図の正確性はマウスの空間の学習能力を決定している。利根川は CA1 領域の NMDA 型グルタミン酸受容体の NR1 サブユニットを遺伝子的に除去することにより、受容体を特異的に阻害することで、場所細胞の反応選択性が対照群より低下することを示した。

【参 考】
1. コネクトーム- Wikipedia
2. TED日本語 - セバスチャン・スン: 私はコネクトームである
http://digitalcast.jp/v/12145/
3. 産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)
4. 大脳皮質- Wikipedia
5. Cerebral cortex - Wikipedia
6. 一杉裕志“大脳皮質ベイジアンネット” Yuuji Ichisugi”The Cerebral Cortex and Bayesian Networks”at 日本ロボット学会誌 2011
https://staff.aist.go.jp/y-ichisugi/besom/29_412.pdf
7.“大脳皮質のおはなし”at Akira Magazine
http://www.akira3132.info/cerebral_cortex.html
8.大脳皮質辺縁系基底核 - 管理薬剤師.com TOP
http://kanri.nkdesk.com/hifuka/sinkei2.php
9.キラーストレス ストレスから脳を守れ 〜最新科学で迫る対処法〜|NHKスペシャル
http://tvmatome.net/archives/4560
10. 海馬- Wikipedia
11. No.61 自己コントロール
12.“ウォーキング 1日の歩数の目安は8000歩・早歩き20分が健康に効果的 青柳幸利氏”at 健康長寿の道
http://bkprs.com/walking-1nichi8000po/
13.ケリー・マクゴニガル”ストレス友達になる方法” at TEDGlobal 2013
https://www.ted.com/talks/kelly_mcgonigal_how_to_make_stress_your_friend?language=ja#t-626286
14. 青崎 敏彦”脳内物質ドーパミンのはたらき”
http://www.tmig.or.jp/J_TMIG/kouenkai/koza/67koza_2.html
15. “脳内麻薬βーエンドルフィン依存症”at 海馬の我楽多箱
http://www.geocities.jp/todo_1091/short-story/027.htm
16.”ドパミン神経系”at 管理薬剤師.com
http://kanri.nkdesk.com/hifuka/sinkei28.php
17.欧米における脳科学関連大型プロジェクトの 動向について/日本脳科学関連学会連合 将来構想委員会 岡部繁男(東京大学) 本田学(国立精神・神経医療研究センター)
http://www.lifescience.mext.go.jp/files/pdf/n1160_01.pdf
【履 歴】
20180212 アルツハイマーの予防食材について削除

38 What is Thinking? #Intelligence

38 What is Thinking? #Intelligence

○With thinking, a concept, a language, etc. are operated, a meaning is got to know, and semantic attachment is performed.
○Thinking is Judgment( knows the meaning, or gives the meaning) by the information acquired by learning.

○Artificial intelligence is thinking!
2016 −And Alphago won the former world champion. [1]
ALPHA won the tactical experts in combat simulation. [2]
Japan moves to protect ‘copyrights’ of AI creations [3]

絵画.png
※2016 Microsoft, Delft University of Technology, the Mauritshuis in The Hague and the Rembrandt House Museum in Amsterdam [4]

【References】
1. The guardian”AlphaGo: beating humans is one thing but to really succeed AI must work with them”
http://www.theguardian.com/technology/2016/mar/15/alphago-ai-artificial-intelligence-beating-humans

○ Pattern of the game
・Chess:10^120
・Japanese chess:10^220
・Go:≧10^360
※In chess, there is a choice of 35 different ways on average in any aspect. In go, there is a choice of 250 different ways. The choices are greater than atoms in the universe

○Go・・・Difficulties on programing
1)Branching coefficient ...Since the number of combination increases suddenly, AI can not search deeply.
2)There was no good way to recognize the complex face of a board. ... Too much heuristics.

2. UC Magazine “New artificial intelligence beats tactical experts in combat simulation”
http://magazine.uc.edu/editors_picks/recent_features/alpha.html
3. “Japan moves to protect ‘copyrights’ of AI creations” at The Japan Times
http://www.japantimes.co.jp/news/2016/05/10/national/japan-moves-protect-copyrights-ai-creations/#.V42QmlSLS70
4. Mark Brown” 'New Rembrandt' to be unveiled in Amsterdam”at the guardian
https://www.theguardian.com/artanddesign/2016/apr/05/new-rembrandt-to-be-unveiled-in-amsterdam

38 思考とは? #知性

38 思考とは? #知性

○思考とは、概念・言語などを操作し、意味を知り、意味づけを行うこと。
○思考とは、後天的な学習で得た情報を使ってなにかしらを判断(意味を知る、または
 意味づけを行う)すること。

人工知能は思考している!
2016年Alphagoが元世界チャンピオンに勝利。 [1]
    −ALPHAが戦闘シミュレーションで元パイロット勝利。[2]
    −知的財産戦略本部の次世代知財システム検討委員会においてAIの創作物の著作権について検討[3]

絵画.png
2016年 Microsoftオランダのデルフト工科大学などの共同チーム制作 [4]

【参 照】
1. AlphaGo - Wikipedia

○対局のパターン
チェス:10^120
将棋:10^220
囲碁:≧10^360
チェスでは、どの局面でも平均で35通りの打ち方がある。囲碁では、打ち方は250通り。宇宙に存在する原子よりたくさんの手数がある。

囲碁・・・プログラム上の困難性
1)分岐係数・・・組合せの数が急に増えるので、深くは探索できない。
2)複雑な盤面を判断するよい方法がない。・・・様々なヒューリスティックがある。
※正解に近い解を得ることができる方法

2. 人工知能パイロット無人戦闘機の戦闘シミュレーションで元空軍大佐に勝利
http://gigazine.net/news/20160630-ai-fighter-pilot-win/
3. “AIの創作物” at IoT
http://iot-jp.com/iotsummary/iottech/robot/ai%E3%81%A8%E5%89%B5%E9%80%A0%E7%89%A9/.html
4. 人工知能が描くレンブラントの“新作” at ITmedia ニュース
http://www.itmedia.co.jp/news/articles/1604/08/news094.html

2018-04-21

37 Mind and Spirit #Intelligence


37 Mind and Spirit #Intelligence

37−1 Mind

○Mind refers to man's (living thing's) mental action. And the one which becomes a basis of feeling, will, knowledge, consideration, etc are included. [1]

26 心とは?.jpg

37−2 Spirit

○The soul is considered to exist as mental entity substance aside from body.
○The spirit is thought that it is pregnant in not only man but also at large living things[ animals or plants], and it is also pregnant in mineral. The spirit may be identified with the heart.

※ The proposal in the general meeting in World Health Organization (WHO) 1999
 :Health is in a completely good dynamic state physically, mentally, spiritually, and socially, and is not only sick or not only weak.



【References】
1. 心 - Wikipedia

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20171111 Integration of Mind and Spirit

37 心と霊魂 #知性

37 心と霊魂 #知性

37−1 心 [1]

○心とは、人間(や生き物)の精神的な作用や、それのもとになるものなどを指し、感情、意志、知識、思いやり、情などを含む。

26 心とは?.jpg

37−2 霊魂

霊魂とは、肉体とは別に精神的実体として存在すると考えられるもの。
○人間だけでなく、命あるもの全般、動物や植物に宿ると考えられたり、さらには鉱物にも霊魂が宿るとされることもある。霊魂を心と同一視することもある。

世界保健機関(WHO)1999年の総会での提案
:健康とは身体的・精神的・霊的・社会的に完全に良好な動的状態であり、単に病気あるいは虚弱でないことではない。



【参 照】
1. 心 - Wikipedia

【更新履歴】
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20171111 心と霊魂の統合

36 What is Consciousness? #Intelligence

36 What is Consciousness? #Intelligence

36−1 Overview
○Consciousness is the state that we can assess the environment, such as around the state and that their situation now, etc.
・Absent-minded consciousness is also in a dog, a cat, etc.

○Unit of consciousness ... Thermostat as one unit, [1]
Flower 10units
Animal Several hundred units

○Level of consciousness [1]
Level1:They can recognize space. (Reptile)
Level2:They can recognize space and society. (Mammal )
Level3:We can recognize space, society and Time. (Reptile)
※ In addition, procrastination ability of satisfaction is the difference between the degree of success.

25 意識とは?.jpg

36−2 Self-consciousness
・Self-consciousness is directed to oneself.

○Psychologists frequently distinguish between two kinds of self-consciousness, private and public. [2]
・Private self-consciousness is a tendency to introspect and examine one's inner self and feelings.
・Public self-consciousness is an awareness of the self as it is viewed by others. This kind of self-consciousness can result in self-monitoring and social anxiety.

○ The test to determine the presence of self-consciousness: The mirror test, sometimes called the mark test or the mirror self-recognition test (MSR) [3]
This is accomplished by surreptitiously marking the animal with an odourless dye, and observing whether the animal reacts in a manner consistent with it being aware that the dye is located on its own body.

・Self-consciousness is not developed until 2 years before and after in humans. [2]
• Great apes, (such as chimpanzees and orangutans) a single Asiatic elephant, dolphins and orcas, the Eurasian magpie, rhesus macaques, and some ants, have passed the MSR test. A wide range of species have been reported to fail the test including several monkey species, giant pandas, sea lions, and dogs. [2]

・No self-consciousness is no jealousy.



36−3 Bayesian network [4]
○Bayesian networks of AI can have the consciousness.
• However, because "consciousness" is used in a variety of means, we need to be careful.
・And non-functional aspects of consciousness, can not be reproduced in the Bayesian net.

※Bayesian network:It is a technique for making inferences based on probabilistic efficiently. And it acts similar to intuition, which is one of the functions of the brain. It is a technology that is the key to understanding of information processing principles of the brain.
・It has based on Bayes' theorem, which was discovered in 1763 by British pastor Thomas Bayes (1702 (?) - 1761).

36−4 Quantum mind
British mathematician, astrophysics and theoretical physicist Roger Penrose (Roger Penrose, 1931-) has presented the hypothesis that there is deep relationship between information processing and quantum mechanics in the brain.
He says, basic and simple unknown attributes that becomes the original of a consciousness has been associated in each elementary particles. When the wave function is contracted in microtubules of neuron, at the same time the unknown attribute combines on, and high level consciousness of the organism occurs.

※Penrose believed that microtubules are involved in neurotransmission, but microtubule is a kind of cytoskeleton.
Neurotransmission due to propagation of changes in membrane potential of neurons (action potential) and it takes place via chemicals between neurons..
※ Hawking says, "Even if I admit his OR(Objective-Reduction:hypothesis theory about the development and reduction of the wave function), (because it is too fine things)it is hard to believe that the mechanism and system of the brain is affected by OR in nature. ".

36−5 Quantum computer [5][6][7]
As the phenomena of the elementary particles, they have two states (0 and 1 : bit) at the same time (the state of superposition and entanglement).
By controlling this property, it is possible to represent the number of conditions with fewer bits. This allows a calculation that was one by one processing until now, at the same time (in parallel) can be processed.This parallel processing, it is can be solved in a few tens of seconds in calculation which can not be solved even if it takes thousands of years in the current super computer.
2011 (128) D-Wave Systems, Inc. (Canada) was successful in the construction of a quantum computer "D-Wave".

☆ If consciousness is due to the attributes of the particles, with the advancement of quantum computers, AI also might have a sense! = Meeting with non-life intelligence!

36−6 Artificial Consciousness、AC
・There is an ethical problem giving a self-consciousness in artificial intelligence.
・For the existence with self-consciousness there is a need to co-exist recognized its individuality.
・It produces always revolt if trying to slavery the existence with self-consciousness.

【References】
1."The wonder future - latest physics talks" Michio Kaku (April 2015)
E Tele/New York incandescent classroom 20150424 consciousness and mind
 ※ Michio Kaku officialsite
2. Self-consciousness - Wikipedia
3. Mirror test - Science Daily
http://www.sciencedaily.com/terms/mirror_test.htm
4. 産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)
5. No.40 Growing artificial intelligence(GAI)
6. Quantum computing - Wikipedia
7. 日経ビジネス/世界初「量子コンピューター」生みの親、「訂正」に挑む/西森秀稔へのインタビュー
http://business.nikkeibp.co.jp/atcl/report/15/215171/091400001/?rss&rt=nocnt

36 意識とは? #知性

36 意識とは? #知性

36−1 概 要
○意識とは、自分の今ある状態や、周囲の状況などの環境を評価できている状態のこと。
・ ぼんやりした意識は犬・猫などにもある。

○意識の単位・・・ サーモスタットを1単位とすると、[1]
    花       10単位
    動物      数百単位

○意識のレベル [1]
 レベル1:空間を認識できる。(は虫類)
 レベル2:空間と社会を認識できる。(ほ乳類)
 レベル3:空間、社会、時間を認識できる。(人間)
※さらに、満足を先延ばしにできる能力が成功できるかどうかの差になる。

25 意識とは?.jpg

36−2 自己意識(self-consciousness)=自己認識=自意識
:自分自身に向けられる意識

私的自己意識公的自己意識[2]
私的自己意識:自己の内面(感覚,感情,思考など)に向けられる。(前帯状皮質(anterior cingulate cortex, BA32)、内側前頭前野(medial prefrontal cortex, BA10)、後帯状皮質(posterior cingulate cortex, BA 23/31)、および楔前部(precuneus, BA7)を含む大脳皮質正中内側部構造(cortical midline structure))
公的自己意識他者が観察できる自己の外面(容姿や振る舞い方など)に向けられる。(脳の前頭頭頂領域)

自己意識の存在を調べるテスト[2]:
対象の額に鮮やかなマークを塗り、次に、鏡の前に対象を置く。対象が自分の額のマークに触れようとした場合、自己意識の存在を示す証拠と考える。

・ヒトでは、2歳前後まで開発されない。[2]
・動物の中でもチンパンジーオランウータンなどの大型類人猿、ゾウやイルカなどにはあるが、サルには無いとされている。[2]

自己意識がなければ嫉妬も無い。



36−3 ベイジアンネット [3]
AIベイジアンネットは自分自身を認識する能力を持ち得る。
・ただし、「意識」という言葉は様々な意味で使われることがあるので 注意が必要。
・意識の非機能的な側面は、ベイジアンネットでは再現できない。

ベイジアンネット:確率論に基づいた推論を効率的に行うための技術。 脳の機能の1つである直観と似た働きをする。脳の情報処理原理の解明の鍵となる技術。
イギリス牧師トーマス・ベイズ(1702年(?) - 1761年)によって1763年に発見されたベイズの定理をもとにしている。

36−4 量子脳理論
イギリス数学者宇宙物理学・理論物理学ロジャー・ペンローズ(Roger Penrose, 1931- )は、著書『皇帝の新しい心』にて、脳内の情報処理には量子力学が深く関わっているという仮説を提示している。
素粒子にはそれぞれ意識の元となる基本的で単純な未知の属性が付随しており、脳内の神経細胞にある微小管で、波動関数が収縮すると、その未知の属性も同時に組み合わさり、生物の高レベルな意識が生起するというのである。
ペンローズは微小管が神経伝達に関わっていると考えていたようだが、微小管( microtubule)は、細胞骨格一種
神経伝達は神経細胞においては膜電位の変化(アクションポテンシャル)の伝播により、神経細胞間では化学物質を介して行われる。
ホーキングは、「仮にOR(Objective-Reduction、客観的収縮:波動関数の発展と収縮に関する仮説理論)を認めたにしても、(余りに微細なことがらなので)現実に脳の仕組みやシステムがそれに影響を受けるとは考えがたい。」としている。

36−5 量子コンピュータ [4][5][6]
素粒子は0と1というように、2つの状態(ビット)を同時にもつ(重ね合わせの状態)性質がある。
この性質をコントロールすると、少ないビットで多くの状態を表すことができる。これによって、今までは一つずつ処理していた計算を、同時に(並列的に)処理し、現在のスーパーコンピュータで数千年かかっても解けないような計算でも数十秒で解くことができる。
2011年(128)  D-Wave Systems社(カナダ)が量子コンピュータ「D-Wave」の建造に成功した。

☆意識が素粒子の属性に起因するものであるならば、量子コンピュータの進歩に伴い、AIも意識を持つ可能性がある!=非生命体知性との出会い!

36−6 人工意識(Artificial Consciousness、AC
人工知能自己意識を与えることは倫理的な問題がある。
自己意識を持つ者に対してはその個性を認め共存する必要がある。
自己意識を持つ者を隷属させようとすれば必ず反乱を生む。

【参 考】
1.「最新物理学が語る驚異の未来」ミチオ・カク(2015年4月)
Eテレ ニューヨーク白熱教室 20150424 意識と心
You Tube:https://www.youtube.com/watch?v=-dMt5FB6inY

※加來 道雄、Michio Kaku、1947年1月24日 –
   ミチオ・カク公式サイト
2. 脳科学辞典自己意識/守田知代
http://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E8%87%AA%E5%B7%B1%E6%84%8F%E8%AD%98
3.産業技術総合研究所 > 一杉裕志 > 脳とベイジアンネット > 脳とベイジアンネットFAQ( 2011-05-26 更新)
4.No.40 成長する人工知能(GAI)
5. 量子コンピュータ - Wikipedia
6.日経ビジネス/世界初「量子コンピューター」生みの親、「訂正」に挑む/西森秀稔へのインタビュー
http://business.nikkeibp.co.jp/atcl/report/15/215171/091400001/?rss&rt=nocnt

35 What is Intelligence? #Intelligence

35 What is Intelligence? #Intelligence

○Intelligence is the capability of a language and a network.
Etymologically it is the capability of the selection accompanied by consciousness.

※ Origin of the word: Originate in a Latin verb "intellegere" and mean the ability of "legere(choose)" from "inter(between)" two or more choices. However, the instinct beforehand programmed by the gene is not intellect. Intellect is the acquired capability to create the possibility of new selection.

Reference:"System methodology archive" (〜2011) Toshiya Nagai
http://www.systemicsarchive.com/ja/a/intellect.html

※ In Goo Dictionary, intellectus is the capability which gets to know things and considers and judges.Capability to perform man's intellectual action.

○Dolphin, Chimpanzee, and the Orangutan can recognize themselves.
→Since there are communications skills, it is not as man, but it can be said that it has intellectus.


○The main feature of intellectus is creative

☆Level of intelligence
 Level1  Frontal lobe of the brain to judge and create.
 Level2  Brain is using artificial intelligence to auxiliary. (The current)
 Level3  Brain and artificial intelligence do judgment and creativity together.

35 知性とは? #知性

35 知性とは? #知性

○知性は言語及びネットワークの能力。語源的には、意識を伴った選択の能力。
※語源:ラテン語動詞“intellegere”に由来し、複数の選択肢の“間から inter”“選ぶlegere”能力を意味する。ただし、選択の能力といっても、遺伝子にあらかじめプログラムされた本能は知性でない。知性は新しい選択の可能性を切り開く後天的な能力。

参照:「システム論アーカイブ」(〜2011年)永井俊哉
http://www.systemicsarchive.com/ja/a/intellect.html

 ※goo辞書では、物事を知り、考え、判断する能力。人間の、知的作用を営む能力。

イルカチンパンジーオランウータンは私を認識できる。
コミュニケーション能力があることから、人間ほどではないが、知性を持つと言える。



○創造することは知性の最大特徴。

☆知性のレベル
 レベル1 脳の前頭葉が判断・創造している。
 レベル2 脳が人工知能を補助的に使っている。(現在)
 レベル3 脳と人工知能が一体となって判断・創造している。

2018-04-20

34 Cell and DNA(DeoxyriboNucleic Acid) #Intelligence

34 Cell and DNA(DeoxyriboNucleic Acid) #Intelligence

Cell
・Humans are made of about 100 trillion cells.
・The human nervous system is estimated to consist of roughly 360 billion non-neural glial cells and 100 billion nerve cells.
・Incidentally, the birth of multicellular organisms is the Cambrian about 600 million years ago.

神経細胞(英語).jpg

○DNA(DeoxyriboNucleic Acid
・Every person has about 25,000 different genes.
・Plant is an animal of seniors with 40,000 or more genes.
 ※Gene: The corresponding DNA sequence to a protein.

・The length of human DNA in a single cell is 1.8 meters. (2 nanometers wide)
※1nanometer is one point nine times ten to the minus second.

・The length of the blood vessels in the adult is about 100,000 km(1×10E5m).
  ※Earth's diameter is 12,700 km(1.27×10E4m).
・The world largest is 62-th power of 10 of the world smallest.

DNA of human and chimpanzee is consistent 98.5 percent.

○World of Living thing
・The Biological World is made by the coincidences and an accumulation of trial and error of over 100 millions years. This was not inevitable.  Susumu Tonegawa "Spirit and Matter"

34 細胞とDNA #知性

34 細胞とDNA #知性

細胞
・人間は約100兆個の細胞でできている。
・脳の神経細胞大脳で数百億個、小脳で1000億個、脳全体では千数百億個。
・ちなみに、多細胞生物が誕生したのは約6億年前のカンブリア紀

神経細胞.jpg

○DNA(DeoxyriboNucleic Acid
・ヒトは、約25,000個の遺伝子を持つ。
・動物の先輩である植物は、40,000個以上の遺伝子を持つ。

遺伝子:実在が確かめられているタンパク質に対応するDNA配列
(参 照)「遺伝子の数え方」福岡 伸一
http://www.sotokoto.net/jp/essay/?id=26

・人間のひとつの細胞中のDNAの長さは1.8メートル。(幅2ナノメートル
※1ナノメートルは、10-9メートル

・成人の血管の長さは約10万キロメートル(1×105m)。
 ※地球の直径は12,700キロメートル(1.27×104m)。
・一番大きい世界は、一番小さい世界の10の62乗倍

・人間とチンパンジーのDNAは98.5%一致している。

○生物の世界
・生物の世界というのは、何億年にもわたる偶然の積み重ね、試行錯誤の積み重ねでいまこうなっているということであって、こうなった必然性なんてない。 利根川進「精神と物質」

33 Mathematics #Universe

33 Mathematics #Universe

○Mathematics is the alphabet with which God has written the Universe. -Galileo Galilei (1564 - 1642)

○How can it be that mathematics, being after all a product of human thought which is independent of experience, is so admirably appropriate to the objects of reality? —Albert Einstein

Key word:Symmetry [1]

※Forecast of mathematics:Those that do not can still prove.
(It is well in the world of mathematics.)



【Mathematical history】
About 7000 years ago  Number was born. (Mankind began to group living.)
16th century Imaginary number is accepted.
・・・"Forgetting the mental anguish received with imaginary number, and merely introducing this." Gerolamo Cardano(Italy 1501〜1576)
17th century  Minus is accepted in Europe.
・・・Descartes draws a number line.   René Descartes(France 1596〜1650)
The first half of the 19th century  An imaginary number is denoted by an axis of coordinates.:complex plane  Carolus Fridericus Gauss(Germany 1777〜1855)
1935  Gödel's Incompleteness Theorem
・・・Then, Turing(Aan Mathison Turing, UK 1912-1954) proved that there is no unific method of confirming beforehand whether a certain proposition is a proposition which cannot judge truth.
1964  Murray Gell-Mann (1929-)predicted the existence of quarks by the theory of pure mathematics(the group:SU (3)).

【References】
1. Relationship between mathematics and physics - Wikipedia
2.Edward Vladimirovich Frenkel(1968-)
http://www.nhk.or.jp/hakunetsu/math/

【Change log】
20170416 Addition of a photo
20170419 Addition of the words of Einstein

33 数学 #宇宙

33 数学 #宇宙

数学は神が宇宙を書いたアルファベットだ。−ガリレオ・ガリレイ

○経験とは独立した思考の産物である数学が,物理的実在である対象と,これほどうまく合致しうるのはなぜなのか? −アインシュタイン

キーワード対称性 [1]

※予想:まだ証明できていないもの。(数学の世界ではよくある。)



数学の歴史】
約7000年前 数字が誕生した。(人類が集団生活を始めた。)
16世紀  虚数を認める
・・・「虚数によって受ける精神的苦痛は忘れ、ただこれを導入せよ」カルダノ(イタリア 1501〜76)
17世紀  ヨーロッパでマイナスが認められる・・・デカルトが数直線を描く
                   デカルト(仏 1596〜1650)
19世紀前半  座標軸で虚数を現す:複素平面 ガウス(独1777〜1855)
1931年   不完全性定理 ゲーデルオーストリア 1906−78)
・・・その後、チューリングが、ある命題が真偽を判定できない命題であるかどうかを、あらかじめチェックする統一的な方法がないということを証明した。
1964年  マレー・ゲルマン(1929-)は純粋数学の理論(群:SU(3))を使ってクォークの存在を予言した。

【参 考】
1. NHK 数学ミステリー白熱教室 エドワード・フレンケル(1968-)
http://www.nhk.or.jp/hakunetsu/math/

【更新履歴】
20170416 写真の追加
20170419 アインシュタインの言葉の追加

32 What is the Universe?+The History of Cosmology #Cosmology

32 What is the Universe?+The History of Cosmology #Cosmology

32−1 What is known
1)Macro phenomena such as celestial movements and evolution of the universe can be explained by general relativity.
2)Using quantum mechanics describing the micro world, we can explain the three powers of "electromagnetic force" "strong interaction" "weak interaction".・・・Standard theory, Higgs boson etc.
3)The unification of general relativity and quantum mechanics is yet to be seen.

⇒The universe is expanding, but we can not see the future at the present moment.

32−2 Hawking's question
Q:Why does the universe exist in spite of trouble?
Q:Can a unified theory of the universe explain the universe accurately?
Q:Or we need the Creator
Q:If so, the Creator gives the effect of something else in the universe?
Q:And who created the Creator

Source: "Brief History of Time" Stephen William Hawking (issued April 15, 1995)

32−3 Freeman Dyson's words
○We can not fully study science with something like a unified theory - Freeman Dyson explains the reason with Gödel's incompleteness theorems

宇宙.gif
☆Image of the Universe

【The history of cosmology】
1895  William James(1842-1910) coined the term Multi-Universe(Multiverse).
1900  Max Karl Ernst Ludwig Planck(1858 -1947) advocated that the light, X-rays and other electromagnetic waves were released as a constant mass that he called quantum.
1905  Special relativity[1]・・・Theory of electromagnetism that Albert Einstein(1879-1955) announced.
1913   Bohr's model(Niels Henrik David Bohr(1885-1962))・・・A pioneer of quantum mechanics (Old quantum theory).
・Electron is a wave.
・The length of the electrons orbit around the nucleus is an integer multiple of the electron wavelength (10 minus 10 square m).
(Bohr, de Broglie)
1915-1916 General theory of relativity(General relativity)(Einstein) [1] [Electromagnetic force + gravity]
Einstein explained that the gravity caused by the mass distort the space-time.
• When written in Newtonian mechanics[2] the phenomenon of error increases (movement in the near to the speed of light or large gravitational field) can be correctly described.
• In general relativity, spacetime is expected never to stay inflated or deflated steady or the black hole[3] is expected to forme when a large mass to concentrate on limited space.
Einstein predicted the existence of gravitational waves[4] in 1916 in his general theory of relativity.
1920s  Quantum mechanics
・Atomic, electronic and electromagnetic waves have the characteristics of the particles and waves.
1922 Friedman found the expanding universe solutions in general relativity equations.
1925  Pauli exclusion principle
1926  Werner Heisenberg was put together the uncertainty principle[5].
※Uncertainty principle:It is a characteristic of the system, such as the wave. In knowing pair of physical properties (eg position and momentum) at the same time, there is a fundamental limit of accuracy.
1928 Dirac theory
 ・Either both consistent:theory of quantum mechanics and special relativity
・There is positron(antimatter) that is the partner of electron.
1929  Discovery of cosmic expansion(the redshift)(Edwin Powell Hubble)
1932 Discovery of positron(antimatter)
1934  Fritz Zwicky coined the term dark matter. [6]
1948 −Big Bang model [7]
   −Quantum electrodynamics, QED [Electromagnetic force ]
• Electromagnetic interaction acting between charged particles, including electrons is caused by the transfer of particles called photons.
1957 Bryce Seligman DeWitt (1923–2004) coined the term many-worlds interpretation; MWI.
1960 Freeman Dyson advocated Dyson Ball
1964
・Peter Ware Higgs proposed the theory of generation of mass. [8]
・Cosmic microwave background (radiation)(; CMB、CMBR)[7]discovered.
1968 Weinberg-Salam theory[9] [Electromagnetic force + Weak interaction]
1970  Penrose and Hawkins (co-authored paper)
・On the basis of the general relativity theory, they were finally prove that should there was a big bang singularity in the very early universe.
• In the singularity, the effect of small scale of quantum mechanics dealing can not be ignored.
• However, if you take into account the quantum effect, singularities disappear. ...?
1970s
・Only one force was present in the beginning of the universe, then, the force was divided into electromagnetic force, weak interaction, strong interaction and gravity, so physicists are trying to expresse these four forces in one form.
 −Standard Model, SM [Electromagnetic force + Weak interaction(+ Strong interaction)] [9]
−Grand unification theory or Grand unified theory、GUT[Electromagnetic force + Weak interaction+ Strong interaction] [10]
The late 1970s  −Quantum chromodynamics [9]
1980s  Cosmology based on theory of elementary particles[10]
1981  Cosmic inflation Theory [11]
1984  Superstring Theory [12] [Electromagnetic force + Weak interaction+Strong interaction + Gravity]
1986~  Loop Quantum Gravity [13]
1995   M-theory[14] [Electromagnetic force + Weak interaction+Strong interaction + Gravity] 
1998  −Michael S. Turner coined the term dark energy. [6]
    −Observed the accelerated expansion of the universe(Brian P. Schmidt)
2016   Studio Gooda! coined structure of dark matter. [7]

【References】
1. No. 14 Theory of Relativity
2. No. 13 Newtonian Mechanics
3. No. 81 Black Hole
4. No.31 Gravitational Wave
5. No.16 Uncertainty Principle
6. No.9 Dark Matter and Dark Energy
7. No.18 The Big Bang Mmodel
8. No. 23 Higgs Field/Higgs Boson
9. No.19 Standard Theory(Standard Model)
10. No.21 Quantum Cosmology
11. No.21−2 Inflation cosmology
12. No.24 Superstring Theory
13. No.26 Loop Quantum Gravity
14. No.25 M-theory
15. No.84−4−2 A Structure of Dark Matter

【Change log】
20170416 Addition of the image of the Universe
20170515 Addition of No.32−1 What is known
20171030  Addition of No.32−3 Freeman Dyson's words

32 宇宙とは?+宇宙論の歴史 #宇宙論

32 宇宙とは?+宇宙論の歴史 #宇宙論

32−1 分かっていること
1)天体の動きや宇宙の進化などマクロ現象一般相対性理論で説明できる。
2)ミクロの世界を記述する量子力学を用いて、「電磁気力」「強い力」「弱い力」の3つの力を説明できる。・・・標準理論、ヒッグス粒子 等
3)一般相対性理論量子力学の統一の行方は見えない。

⇒宇宙は膨張しているが、現時点でその未来を見通すことはできない。

32−2 ホーキングの疑問
Q:宇宙はなぜ、存在するという面倒なことをするのか?
Q:統一理論には自分自身の存在をもたらすほど大きな強制力があるのか?
Q:それとも創造主が必要なのか?
Q:もしそうだとすれば、創造主は宇宙に何か他の影響も与えるのではなかろうか?
Q:そして、創造主を創造したのはだれなのか?

出典:「ホーキング宇宙を語る」スティーブン・W・ホーキング(1995年4月15日発行)
 (p.239)

32−3 フリーマン・ダイソンの言葉
○統一理論のようなもので科学を研究し尽くせない――フリーマン・ダイソンはその理由を、ゲーデル不完全性定理で説明する。

宇宙.gif
☆宇宙のイメージ

宇宙論の歴史】
1895年 ウィリアム・ジェームズ 多元宇宙という言葉を作る。
1900年 マックス・プランク(1858 -1947) は、光、X線その他の電磁波は、量子と彼
が呼んだ一定のかたまりとして放出されると唱えた。
1905年 特殊相対性理論 [1]:アルベルト・アインシュタイン(1879-1955)が発表した電磁気学の理論。[電磁気力]
1913年 ボーアの原子模型(ニールス・ボーア(1885-1962)):電子は波で、原子核を回る軌道の長さは波長(10のマイナス10乗m)の整数倍(ボーア、ド・ブロイ)
1915−1916年 一般相対性理論 [1] [電磁気力+重力]
・質量が時空間を歪ませることによって、重力が生じることを説明した。
ニュートン力学[2]で記述すると誤差が大きくなる現象光速度に近い運動や、大きな重力場における運動)を正しく記述できる。
・時空は膨張または収縮し、定常にとどまることがないこと、限られた空間に大きな質量が集中すると、光さえ脱出できないブラックホール[3]が形成されることを予測した。
重力波[4]の存在を予測。
1920年代 量子力学
原子・電子・電磁波は粒子としての特徴をもつと同時に波としての特徴をもつ。
1922 年 フリードマン一般相対論方程式の中に膨張宇宙解を見つけた。
1925年 パウリの排他原理
1926年 ヴェルナー・ハイゼンベルグが、不確定性原理[5]をまとめあげた。
不確定性原理:波のような系に備わっている特性。一対の物理的性質(例えば位置と運動量)を同時に知ることには、精度の根本的限界がある。
1928年 ディラック理論・・・量子力学特殊相対性理論のどちらとも整合性のある理論
→電子にはパートナーとなる陽電子反物質)がある。
1929年 宇宙膨張(銀河の赤方遷移)の発見(エドウィンパウエルハッブル
1932年 陽電子反物質)の発見
1934年 フリッツ・ツビッキーが暗黒物質を提唱 [6]
1948年−ビッグバン・モデル(ガモフ)[7]
−量子電磁力学(Quantum electrodynamics, QED)[電磁気力]
・電子を始めとする荷電粒子間に働く電磁相互作用を光子という粒子の受け渡しにより説明した。
1957年  ブライス・デウィット多世界解釈を提唱。
1960年  フリーマン・ダイソンダイソン球を提唱
1964年−ピーター・ヒッグスが質量の生成に関する理論を提唱した。[8]
宇宙マイクロ波背景放射[7]の発見
1968年 ワインバーグ=サラム理論[9] [電磁気力+弱い力]
1970年 ペンローズホーキングの共著論文
一般相対論が正しく、かつ宇宙が、われわれが現に観測しているのと同じ程度の物質を含んでさえいれば、宇宙のごく初期にはビッグバン特異点があったはずだということを最終的に証明した。
特異点では、量子力学が扱う小さな尺度の効果が無視できなくなる。
・しかし、量子効果を考慮に入れると特異点は消え去る。・・・?
1970年代 
・宇宙の始まりに存在したのは唯1つの力だけで、その後、電磁気力、弱い力、強い力、重力の四つに分かれたという考え方から、これら四つの力を一つの形で表して統一しようとしている。
○標準理論( Standard Model, SM) [電磁気力+弱い力(+強い力)] [9]
大統一理論(Grand unification theory or Grand unified theory、GUT)[電磁気力+弱い力+強い力]  [10]
1970年代後半 量子色力学 [9]
1980年代 素粒子論的宇宙論 [10]
1981年 インフレーション理論 [11]
1984年 超弦理論(Superstring theory 1984) [12] [電磁気力+弱い力+強い力+重力]
1986年〜  ループ量子重力理論 [13]
1995年 M理論[電磁気力+弱い力+強い力+重力] [14]
1998年 −マイケル・ターナー 暗黒エネルギーという言葉を作る。[6]
      −宇宙の加速膨張を観測(ブライアン・シュミット
2016年 スタジオ・グーダ! 暗黒物質の構造を提案 [15]

【参 照】
1. No.14 相対性理論
2. No.13 ニュートン力学
3. No.81 ブラックホール
4. No.29 重力波
5. No.16 不確定性原理
6. No.9 暗黒物質と暗黒エネルギー
7. No.18 ビッグバン・モデル
8. No.23 ヒッグス場/ヒッグス粒子
9. No.19 標準理論(標準モデル)
10. No.21 素粒子論的宇宙論
11. No.21−2 インフレーション理論
12. No.24 超弦理論
13. No.26 ループ量子重力理論
14. No.25 M理論
15. No.87−4−2 暗黒物質の構造

【更新履歴】
20170416 宇宙のイメージの追加
20170515 No.32−1 分かっていること の追加
20171030 No.32−3 フリーマン・ダイソンの言葉の追加

2018-04-19

31 Entanglement Entropy #gravity #universe #QuantumTheory #SuperStringTheory

31 Entanglement Entropy #gravity #universe #QuantumTheory #SuperStringTheory

○ Quantum Entanglement Entropy(EE):Number of quantum entanglements. An indicator of the quantification of quantum entanglement. = Number of EPR pair (EPR: Einstein-Podolsky-Rosen)

○ It is very difficult to calculate the entropy of quantum with quantum field theory, but in Anti de Sitter space(Ads), like a holography, It can be replaced by calculation of surface area of a bubble (like a black hole with the smallest surface area). :Ryu-Takayanagi formula(Holographic Entanglement Entropy Formula 2006) [1]

※Anti de Sitter space(Ads):One of the spaces where the curvature is negative and constant
= Universe with negative cosmic constant Λ (dark energy)
⇔de Sitter space(dS) (Positive curvature)




曲率:curvature, 宇宙定数:cosmic constant Λ, 質量:mass [2]




Figure:Curvature [3]

• A major feature of AdS is to be able to cover infinite space in a finite area.




Firure:Escher's picture: It is close to the image which projected Anti de Sitter space on the plane.

• Although de Sitter space universe (Λ> 0) is close to the real universe, its holographic principle has not been elucidated. [4]

○Ryu-Takayanagi formula:Holographic Entanglement Entropy Formula (2006)
• They revealed that holographic principle is related to quantum entanglement.
• Calculation of the entropy of quantum entanglement in quantum field theory can be replaced with calculation of the surface area of bubble (shaped to minimize the surface area) generated in AdS. [5]




Figure:Thinking of the minimal aspect extending from the interface to the inside of the AdS space, calculating its area and dividing it by 4 times the Newton's constant of gravity theory is equivalent to entanglement entropy. [6]



※Ryu-Takayanagi formula:Holographic Entanglement Entropy Formula


is the minimal area surface
・Generalization of Bekenstein-Hawking entropy formula.



※Bekenstein-Hawking entropy [7]

○In Ryu-Takayanagi formula, one bit of quantum entanglement is present per planck area (1 square planck length).

※Planck length




○Task:It is necessary to elucidate the quantum entanglement in de Sitter space.

○Application of quantum entangy entropy:
・Entangy entropy (EE) is helpful for understanding s of various (quantum) gravity phenomena such as black hole formations, singularities etc. [5]

・In certain substances, controlling interatomic distances and temperatures leads to the transition to "strange metal" (anomalous metallic phase), which has different electrical characteristics (superconductivity) from ordinary metals, It is caused by becoming quantum entangled state as a whole (rapid increase of quantum entanglement entropy).

【Refereces】
1. Ryu-Takayanagi Conjecture - Wikipedia
2. T. Takayanagi" Front line of super string theory:Is the universe created from qubits?“ 20170524(Japanese)
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/JAXA17.pdf
3. 中村 真“非専門家のためのAdS/CFT対応入門” 20111214 (Japanese)
http://quattro.phys.sci.kobe-u.ac.jp/dmrg/Kyoto2011/Proc/Nakamura.pdf
4. 高柳 匡"超ひも理論の最前線:宇宙は量子ビットから創られているのか?“ 20170524 (Japanese)
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/JAXA17.pdf
5. Tadashi Takayanagi” Entanglement Entropy and AdS/CFT” 2012
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/CERNEE.pdf
6. Tadashi Takayanagi” Recent Developments in (Holographic) Entanglement Entropy” 2012
http://people.physik.hu-berlin.de/~ahoop/takayanagi.pdf
7. No.27−2 Thermodynamics and the Laws of Newton

【Chnge log】
20180117 Newly posted

31 量子もつれのエントロピー(エンタングルメント・エントロピー) #重力 #宇宙 #量子論 #超弦理論

31 量子もつれエントロピー(エンタングルメント・エントロピー) #重力 #宇宙 #量子論 #超弦理論

量子もつれ(エンタングルメント)のエントロピー量子もつれの数。量子もつれ定量化の指標。=EPR対(EPREinstein-Podolsky-Rosen)の数

○場の量子論量子もつれエントロピーを計算しようとすると非常に難しいが、反ド・ジッター空間では、ホログラフィックにバブル(表面積が最小になるようなブラックホールのような形状のもの)の表面積の計算に置き換えることができる。:笠・高柳公式(Holographic Entanglement Entropy Formula 2006)[1]

※反ドジッター空間/AdS: Anti de Sitter 時空:曲率が負で一定の空間(の一つ)
=負の宇宙定数Λ(暗黒エネルギー)を持つ宇宙
dS: de Sitter 空間(曲率:正)[2]







図:曲率 [3]

・AdS 空間の大きな特徴は無限大の空間を、有限の領域に包み込めること。




図:エッシャーの絵:反ド・ジッター空間を平面に投影したイメージに近い。

・現実の宇宙に近いのはド・ジッター空間(Λ>0)だが、そのホログラフィック原理は解明されていない。[4]

○笠-高柳(Ryu-Takayanagi)公式(2006 年):量子もつれエントロピーホログラフィー公式
量子もつれとホログラフィック原理が関係していることを明らかにした。
・場の量子論での量子のもつれのエントロピーの計算は、反ド・ジッター空間に発生したバブル(表面積が最小になるような形状のもの)の表面積の計算に置き換えることができる。[5] [6]




図:境界面から AdS 空間の内部に伸びていく極小局面を考え、その面積を計算して重力理論のニュートン定数の4倍で割ったものが、エンタングルメント・エントロピーに 等しい。



※笠-高柳公式
・ベッケンシュタイン-ホーキングのブラック ホール・エントロピー公式の一般化。



※ベッケンシュタイン-ホーキングの公式 [7]

○笠-高柳公式では、プランク面積(1平方プランク長)あたり1ビットの量子もつれが存在することになる。




プランク長




○課題:ド・ジッター宇宙と量子もつれについて解明する必要がある。[8]

量子もつれエントロピーの応用:
ブラックホールの形成、特異点などの様々な(量子)重力現象の理解に役立つ。[9]

・ある種の物質では原子距離と温度を制御すると、通常の金属とは電気特性超電導)が異なる「ストレンジメタル(異常金属anomalous metallic phase)」に転移するが、これは物質を構成する電子が全体として量子もつれ状態になること(量子もつれエントロピーの急増)によって生じる。
※異常金属:超伝導転移温度より高温で抵抗率が温度に比例する銅酸化超伝導体高温超伝導体)などがその例。[10]

【参 照】
1. 中島林彦“ホログラフィー原理を解く“at 日経サイエンス 201701
http://barbra-coco.dyndns.org/yuri/nikkei/201701_034.pdf
2. 高柳 匡"超ひも理論の最前線:宇宙は量子ビットから創られているのか?“ 20170524
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/JAXA17.pdf
3. 中村 真“非専門家のためのAdS/CFT対応入門” 20111214
http://quattro.phys.sci.kobe-u.ac.jp/dmrg/Kyoto2011/Proc/Nakamura.pdf
4. 高柳 匡"超ひも理論の最前線:宇宙は量子ビットから創られているのか?“ 20170524
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/JAXA17.pdf
5. J. マルダセナ「重力は幻なのか?」日経サイエンス200602
6.中島林彦“ホログラフィー原理を解く“at 日経サイエンス 201701
http://barbra-coco.dyndns.org/yuri/nikkei/201701_034.pdf
7.No.29−2 熱力学ニュートンの法則
8.高柳 匡"超ひも理論の最前線:宇宙は量子ビットから創られているのか?“ 20170524
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/JAXA17.pdf
9.Tadashi Takayanagi “Entanglement Entropy and AdS/CFT” 2012
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/CERNEE.pdf
10.異常金属
https://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/magazine/parity-back/parity2011/2011_12/1112_key.html

【履 歴】
20180117 新規

30 Quantum entanglement #gravity #universe #QuantumTheory #SuperStringTheory

30 Quantum entanglement #gravity #universe #QuantumTheory #SuperStringTheory

○Quantum entanglement
When we look at particles, we usually say that each particle has its own quantum state like spin. Sometimes, two particles can act on one another and become an entangled system. When a pair or group of particles can only be described by the quantum state for the system, and not by individual quantum states, we say the particles are "entangled".
Quantum entanglement – Simple English Wikipedia
• Quantum entanglement occurs in a moment. Also, there are no particles that mediate action.
• The pair of quantum entanglements is called an EPR pair (EPR: Einstein-Podolsky-Rosen), and it is a quantum 1 bit (unit of quantum entanglement).
Einstein, Podolsky and Rosen were the first to point out this mysterious fact.

• There are three main fields related to quantum entanglement, quantum information theory, quantum field theory and gravity theory.
• Applications of quantum entanglement include quantum computer, quantum teleportation, and quantum cryptography.

○Spacetime itself could emerge from the entanglement.
• There is an idea that quantum entanglement stores energy. Because energy is equivalent to mass, quantum entanglement may have mass

○There is also the idea that the universe is created from quantum entanglement.
: The smallest unit of space-time is quantum entanglement of 1 bit, the one that countlessly gathered is the universe.





【References】
1. Jennifer Lin, Matilde Marcolli, Hirosi Ooguri, and Bogdan Stoica“Locality of Gravitational Systems from Entanglement of Conformal Field Theories” at Phys. Rev. Lett. 20150602
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.221601
2. “How spacetime is built by quantum entanglement” University of Tokyo 20150527,
https://phys.org/news/2015-05-spacetime-built-quantum-entanglement.html

【Change log】
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30 量子もつれ? #重力 #宇宙 #量子論 #超弦理論

30 量子もつれ? #重力 #宇宙 #量子論 #超弦理論

量子もつれ(量子エンタングルメントquantum entanglement)
光子、電子、原子といった粒子では、遠く離れた2つの粒子に関して、一方の粒子のスピンなどの量子状態についての観測が、もう一方の粒子の観測結果に影響を与えることがある。これを量子もつれと呼ぶ。
量子もつれは一瞬で起きる。また、作用を媒介する粒子はない。
量子もつれの対をEPR対(EPREinstein-Podolsky-Rosen)と呼び、量子1ビット(量子もつれの単位)となる。
※この不思議な事実を最初に指摘したのは、アインシュタインポドルスキーローゼン

量子もつれと関連ある分野としては、主に量子情報理論、場の量子論、重力理論の3つが挙げられる。
量子もつれの応用としては、量子コンピュータ量子テレポーテーション量子暗号が挙げられる。

量子もつれが時空を形成する
量子もつれにはエネルギーが蓄えられているという考えがある。エネルギーは質量と等価であることから、量子もつれには質量があるかもしれない。[1]


○また、宇宙は量子もつれから創られるという考えもある。
:時空の最小単位は1ビットの量子もつれであり、それが無数に集まったものが宇宙。[2]





【参 照】
1. SANAE AKIYAMA”量子もつれには「質量」があるのか?”at WIRED 20150705
https://wired.jp/2015/07/05/quantum-entanglement/
2. 高柳 匡
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~tadashi.takayanagi/research2.html

【履 歴】
20170113 新規

29 Gravitational Wave #Gravity #universe

29 Gravitational Wave #Gravity #universe

29−1 What are Gravitational Waves?[1] [2]
○ Gravitational waves are ripples of spacetime that propagate at the speed of light.
○Albert Einstein predicted the existence of gravitational waves in 1916 in his general theory of relativity.
○On February 11, 2016, the LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration teams announced that they had made the first observation of gravitational waves, originating from a pair of merging black holes using the Advanced LIGO detectors. On June 15, 2016, a second detection of gravitational waves from coalescing black holes was announced. [3] [4]

※Gravitational wave generated from collision of two black holes (part 1) (Credit: LIGO)[5]


※Gravitational wave generated from collision of two black holes (part 2) (ILLUSTRATION BY C. HENZE, NASA)

○Expected gravity wave source:supernova explosion, binary system of neutron star • black hole, atomic gravity wave [1]
※ Frequency of detection of gravity wave from coalescence of neutron binary stars:40 events / year [1]
※ Frequency of gravitational wave detection from coalescing of binary of black holes: 0.4 ~ 1,000 events / year [6]

Gravity is very weak compared to electromagnetic force:10 ^ -40times [7]
○Wavelength of gravitational wave:1.5 × 10 ^ 7 m (Earth diameter:1.27 × 10 ^ 7 m) or more
○"Gravitational waves go through everything. They are hardly affected by what they pass through, and that means that they are perfect messengers," said Prof Bernard Schutz, from Cardiff University, UK. [3]

○In the framework of quantum field theory, the graviton is the name given to a hypothetical elementary particle speculated to be the force carrier that mediates gravity. However the graviton is not yet proven to exist and no reconciliation yet exists between general relativity which describes gravity, and the Standard Model which describes all other fundamental forces.
※In the closed string, the state with the lowest energy is gravity.

29−2 What can we know and what is possible by the gravitational wave
1)Direct observation of black holes
2)Construction of quantum gravity theory, the integration of general relativity and quantum theory (construction of theory to integrate the four forces of the universe)
3)Direct observation of the big ban and the earlier of the universe
4)Communication in the universe or between the parallel universe

29−2−1 Direct observation of black holes
○Nothing can escape from a black hole, so it is impossible to see one directly. (Quantum field theory does predict that black holes give off an extremely tiny amount of thermal radiation, but it's so little that it we can't detect it from Earth.)
○Measurement of the waveform and amplitude of the gravitational waves from a black hole merger event makes possible accurate determination of its distance. [8]
○The accumulation of black hole merger data from cosmologically distant events may help to create more precise models of the history of the expansion of the universe and the nature of the dark energy that influences it. [8]

29−2−2 Construction of quantum gravity theory, the integration of general relativity and quantum theory
○One of the difficulties of quantum gravity is that quantum gravitational effects are only expected to become apparent near the Planck scale, a scale far smaller in distance (equivalently, far larger in energy) than what is currently accessible at high energy particle accelerators. [9]
○A quantum gravity theory is required in order to understand problems involving the combination of very high energy and very small dimensions of space, such as the behavior of black holes, and the origin of the universe. [9]

29−2−3 Direct observation of the big ban and the earlier of the universe
○What is currently observable is only the surface of the big bang.
○If we observe primordial gravitational waves, the inside of the big bang can be seen. Their detection exclude different models of inflation. Their detection exclude different models of inflation.

※The universe expanded approximately 10 ^ 30 times in the inflation era. In addition, since the transition to Friedman space-time, The universe inflated about 10 ^ 60 times together. Therefore, information of the initial Planck scale has not been disturbed by the Big Bang which come after inflation.

29−2−4 Communication in the universe or between the parallel universe
○Because graviton travels through the extra dimensions, communication of between parallel universes of using the gravitational waves can be expected. [10] [11]

29−3 Observation of gravitational waves
29−3−1 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)
LIGO is one side of the 4km michelson laser interferometer.
LIGO succeeded in direct observation of gravitational waves in 2015. [3] [4] Gravitational waves are a prediction of the Theory of General Relativity.
LIGO.png
LIGO [5]

LIGO’s passive damping system holds the all-important mirrors perfectly still through a 4-stage pendulum called a "quad". [12]

LIGOのミラー.png

29−3−2 eLISA(Evolved Laser Interferometer Space Antenna)[13]
○The eLISA concept has a constellation of three spacecraft, arranged in an equilateral triangle with 1 million-kilometre arms as a ESA(European Space Agency) mission.
LISA is good at gravitational wave detection at low frequencies than LIGO and VIRGO.
○A tentative launch date is 2034.

【Referendes】
1. Gravitational wave - Wikipedia
2. LIGO”What are Gravitational Waves?”
https://www.ligo.caltech.edu/page/what-are-gw
3. Pallab Ghosh Science correspondent, BBC News “Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes”
http://www.bbc.com/news/science-environment-35524440
4. Maddie Stone”Scientists Have Detected Gravitational Waves Again” 2016
http://gizmodo.com/scientists-have-detected-gravitational-waves-again-1782024611
5. Calla Cofield”Gravitational Wave Detector Finds Double Colliding Black Holes — Again (Woot!)”at SPACE.com 20160615
http://www.space.com/33176-gravitational-waves-from-second-black-hole-collision.html
6 .Thomas W. Baumgarte and Stuart L. Shapiro”Binary black hole mergers”at feature article
http://w.astro.berkeley.edu/~gmarcy/astro160/papers/binary_black_hole_mergers.pdf
7. “What force in the universe is the strongest or the most powerful?”at physlink.com
http://www.physlink.com/education/askexperts/ae268.cfm
8.First observation of gravitational waves - Wikipedia
9. Quantum gravity (QG) - Wikipedia
10. No.28 The Parallel Universe
11. No.96 Communication with the alien
12. LIGOLIGO Technology”
https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-technology
13. Evolved Laser Interferometer Space Antenna - Wikipedia

29 重力波 #重力 #宇宙

29 重力波 #重力 #宇宙

29−1 重力波とは [1]
重力波( gravitational wave)は、時空のゆがみが波動として光速で伝播する現象。巨大質量をもつ天体光速に近い速度で運動するときに強く発生する。
重力波の概念は、アルベルト・アインシュタインが、一般相対性理論を発表した2年後に発表した。
2016年2月にLIGOとVirgoのチームは2つのブラックホールの衝突から重力波の最初の直接検出に成功した。また、2016年6月に2度目の検出に成功した。[2] [3]

※2つのブラックホールの衝突から発生する重力波(その1)(Credit: LIGO)[3]


※2つのブラックホールの衝突から発生する重力波(その2)(ILLUSTRATION BY C. HENZE, NASA) [2]

○期待される重力波源:超新星爆発中性子星ブラックホール連星系、原子重力波 [4]
中性子連星の合体からの重力波の検出頻度:10回/年 [5]
ブラックホール連星の合体からの重力波の検出頻度:0.4〜1,000回/年 [5]

○重力は電磁気力に比べて非常に弱い:10^−36倍 [4]
重力波の波長:1.5×10^7m(ほぼ地球の直径:1.27×10^7m)以上[4]
重力波はあらゆるものを通過する。何を通過してもほとんど影響を受けない。

素粒子物理学の標準理論において重力相互作用を伝達する素粒子として想定されている重力子(graviton)は2016年現在未検出。
※閉じた弦のうち、一番エネルギーが低い状態が重力子。[6]

29−2 重力波により何が分かり、何が可能になるのか?
1)ブラックホールの直接的観測
2)量子重力理論の構築、一般相対性理論量子論の統合(宇宙の4つの力を統合する理論の構築)
3)ビッグバンビッグバン以前の宇宙の直接観測
4)宇宙や並行宇宙間の交信

29−2−1 ブラックホールの直接的観測 [2] [3] [7]
ブラックホールは光を閉じ込めてしまうので、光を使って観測することはできない。
重力波を使えば、その波長と振幅からブラックホールまでの正確な距離が分かる。
○またブラックホールの衝突データの蓄積により、宇宙膨張の歴史モデルとそれに影響を与える暗黒エネルギーの性質を得ることができる。

29−2−2 量子重力理論の構築、一般相対性理論量子論の統合(宇宙の4つの力を統合する理論の構築)
○量子重力理論の研究が困難なのは、現在の加速器ではアクセス困難なプランクスケールという非常に小さな世界の観測が必要なため。(大きなエネルギーが必要)[8]
ブラックホールのように重力が極大な場所を研究できると、量子力学に重力を組み込む量子重力理論の構築が可能になるかもしれない。[2] [7] [8]

29−2−3 ビッグバンビッグバン以前の宇宙の直接観測[2]
○現在観測可能なのはビッグバンの表面のみ。
原子重力波を観測できればビッグバンの内側が見える。:インフレーションモデルを整理できる。

※宇宙はインフレーション時代におよそ10^30倍、フリードマン時空に移行してからさらに10^30倍、合わせておよそ10^60倍ほど膨張した。そのため、初期のプランクスケールの情報がインフレーション後に来るビッグバンによって乱されていない。

29−2−4 宇宙や並行宇宙間の交信
重力子余剰次元を伝わるため、重力波を使っての並行宇宙同士の交信が期待できる。[7] [8]

29−3 重力波の観測
29−3−1 LIGO(ライゴLaser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)
○一辺が4kmのレーザーマイケルソン干渉計。
2015年重力波の直接観測に成功した。[2] [3] これにより一般相対性理論が完全に証明された。
LIGO.png
LIGO [10]

ノイズを避けるためにLIGOでは反射鏡を4段階で吊るしている。[11]

LIGOのミラー.png

29−3−2 宇宙重力波望遠鏡eLISA(Evolved Laser Interferometer Space Antenna)[12]
○3台の衛星で、一辺が100万kmレーザー干渉計を形成するもので、ESA( European Space Agency)によって進められている。
eLISA低周波数での重力波検知を得意としていて、より高周波を対象とするLIGOやVIRGOとは補完しあう位置づけになる。
○観測開始は2030年代

【参 考】
1. 重力波 - Wikipedia
2. Nadia Drake/訳=三枝小夜子“重力波、世紀の発見をもたらした壮大な物語” at NATIONAL GEOGRAPHIC 日本版 20160212
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/021200053/
3. Michael Greshko/訳=三枝小夜子” 2度目の重力波観測、天文学はいよいよ新時代へ”at NATIONAL GEOGRAPHIC 日本版 20160617
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/061700226/
4. 大原謙一”重力波天文学“ 201404
http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/workshops/jgwdas201404/Oohara-GWAstro.pdf
5.川村静児“重力波検出の原理と世界各国の検出器”20140419
http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/workshops/jgwdas201404/Data_Analysis_School_20140419.pdf
6. 江口 徹“理論で「ひも」解く宇宙”at 東京大学理学部大学院HP
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/story/newsletter/labo/10.html
7.No.28 並行宇宙
8. 量子重力理論 - Wikipedia
9. No.96 宇宙人との交信
10. Robert Naeye”Gravitational Wave Detection Heralds New Era”at SKY & TELESCOPE 2016
http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/gravitational-wave-detection-heralds-new-era-of-science-0211201644/
11. LIGOLIGO Technology”
https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-technology
12. 宇宙重力波望遠鏡 - Wikipedia

2018-04-18

28 The Parallel Universe #ParallelUniverse

28 The Parallel Universe #ParallelUniverse

28−1  Multiverse[1]
28−1−1 Superstring theory and Brane cosmology
○In superstring theory we have 10-dimensional spacetime. (Dimensions that exceeds the 4-dimension are extra dimensions)
○Superstring theory suggests that the Big Bang there was many times. In other words, the universe is the multi instead of one, so that there are parallel universe.
○In the parallel universe, the laws of physics are different, but superstring theory's seems applicable.
○Since all particles except graviton which is a closed string can not be separated from braneworld, it is not possible to replace the substances. [2]
○Graviton is to travel the extra dimensions, so parallel universe(braneworld) each other can communicate using a gravity wave. [2]
○In this theory, it has assumed the collision of braneworlds and anti-braneworlds . [2]

○Black hole rotating at high speed collapses in a ring shape. The middle of the ring is likely to be the gateway to the parallel universe.[3]

28−1−2 Inflation theory and multiple occurrence of universe (multi-production of universe) [2] [4]
・1982 Katsuhiko Sato other recommendations
○Many mini-universe are produced from a unitary universe.
○Mini-universe are completely detached from its parent universe.
○To make the child the universe there is a need to take inflation artificially.
○It is made possible by making a large area of highly vacuum energy in the universe.
○However, there is a need to pull heat well.
○Since vacuum energy remains slightly in the current universe, it can be expected that multi-universe is born naturally when vacuum energy undergoes a phase transition.
マルチバース(佐藤勝彦).png

28−1−3 Real universe and Imaginary universe:Structure of the universe☆(2015)
☆If the universe (the Real universe) including the Milky Way galaxy was born from a quantum fluctuation, the universe (the Imaginary universe) including quantum fluctuations is assumed on the outside.
☆In the Imaginary universe it can be estimated to exist other universe(Parallel universe) born from quantum fluctuations.

☆From the birth of the Real universe to Big Bang
• If the quantum fluctuation does not exceed the threshold, the resulting pair of substance and antimatter within the fluctuation disappears. = The Real universe is not born.
• When the quantum fluctuation exceeds a threshold value, the symmetry of matter and anti-matter brakes, and antimatter is to rapidly expand the space-time after 1e-36 seconds. ( The size of the Real universe (1e-27m) is much smaller than atom (1e-10m) ⇒3 millimeters (1e-3m): The Inflation: inflation rate is 60-fold of light speed.)
(In the reverse case, the Real universe is not born because space-time collapses.)

  • Immediately after that, (1e-36 seconds after → 1e-32 seconds after) substance of high temperature causes the Big Bang.

(The size of the Real universe : 3 mm (1e-3m) ⇒10cm (1e-1m))

☆The structure of the Real universe
・Since the outside of the Real universe is made up of antimatter, and it is also the same as the outside of parallel universe, they repel each other.

☆Future of the Real universe

  • The Real universe will evaporate at the end of continuing expansion. = Disappearance of the result of a large fluctuation that occurred in the Imaginary universe

• Before evaporation, the outer shell of antimatter in the Real universe will become brittle, and if it conflicts with other parallel universe, both universe will collapse.
・That is, if the matter that was scattered by the collision of the other two parallel universes collides with the outer shell of the Real universe, we might be able to measure it in quantum.

28−2 Multiverse and Anthropic principle [7]
・In most multiverse, human beings are not born.
・For example・・・
・・・Even if just a little different from the electromagnetic force and the strong force of the four forces of nature, there is no fact that carbon is synthesized in the interior of the star.
・・・In the four-dimensional universe, because gravity and electromagnetic force is inversely proportional to the cube of the distance, the structure of galaxies and planetary systems or the structure of the atom becomes unstable.

・In other words・・・
・This universe is beautifully designed as if it was trying to present human. : Anthropic principle

28−3 Communication between the parallel universes
○In M-theory, it has to be capable of interacting with other universe through gravity. [1] [2]

28−4 Observation
○At NASA's Jet Propulsion Laboratory and ESA plans to observe the gravity of parallel universe using Laser Interferometer Space Antenna (LISA), in 2035. [6]
並行宇宙.gif

【Reference】
1.Space.com/”5 Reasons We May Live in a Multiverse”20121207
http://www.space.com/18811-multiple-universes-5-theories.html
2.「気が遠くなる未来の宇宙のはなし(The story of the future of the universe mind-boggling)」Ktsuhiko Sato(2013)
3.Michio Kaku / New York incandescent classroom " amazing prophecy of "Theory of Everything;TOE"" 20150403
4.Multi-production of universes by first-order phase transition of a vacuum
http://adsabs.harvard.edu/abs/1982PhLB..108..103S
5. Anthropic principle - Wikipedia
6. LISA Project Office
http://lisa.nasa.gov/

28 並行宇宙 #並行宇宙 #宇宙

28 並行宇宙 #並行宇宙 #宇宙

28−1 多元宇宙(マルチバース)[1][2]
28−1−1 超弦理論とブレーン(薄膜)宇宙モデル [3]
超弦理論では時空は10次元としている。(4次元を超える次元は余剰次元
○複数のブレーン(膜)宇宙:並行宇宙の存在。(サスキンドによると10^200個)
○これらの宇宙では、次元の数や物理法則が異なる。
重力子以外の全ての素粒子は開いた弦で、その両端が時間を除く9次元空間に浮かぶ、3次元のブレーン(膜)にしばりつけられている。
重力子はブレーンにしばりつけられていないので、余剰次元を伝わるため、ブレーン膜宇宙同士は重力波を使って交信可能。
○ブレーン宇宙や反ブレーン宇宙の衝突を想定している。

○高速で回転しているブラックホールはリング状につぶれる。そのリングの真ん中は並行宇宙へのゲートウエイとなる可能性がある。[4]

28−1−2 インフレーション理論と宇宙の多重発生(マルチプロダクション)[3] [5][6]
1982年 佐藤勝彦ほかの提言
○宇宙から子ども宇宙が生まれる。
子ども宇宙は親宇宙から完全に切り離されている。
子ども宇宙を作るにはインフレーションを人工的に起こす必要がある。
○それは、宇宙の中で真空のエネルギーの高い、広い領域を作ることで可能となる。
○ただし、熱をうまく抜かないといけない。
○現在の宇宙にも真空のエネルギーはわずかに残っているので、この真空のエネルギー相転移を起こす時に自然に子ども宇宙が生まれることが期待できる。
マルチバース(佐藤勝彦).png

28−1−3 実宇宙と虚宇宙:宇宙の構造☆(2015)
天の川銀河のある宇宙(実宇宙)が量子的揺らぎにより生まれたとすると、その外側にも量子的揺らぎの存在する宇宙(虚宇宙)が存在すると想定せざるを得ない。
☆虚宇宙には量子的ゆらぎから生まれた他の宇宙(並行宇宙)が存在するだろう。

☆実宇宙の誕生からビッグバン
・量子的揺らぎが閾値を超えなければ、揺らぎの内に生じた物質と反物質対消滅する。=実宇宙は生まれない。
・量子的揺らぎが閾値を超えると物質と反物質対称性が破れ、1e−36秒後に反物質が急速に時空間を膨張させる。(原子(1e-10m)よりはるかに小さい実宇宙(1e-27m)⇒3ミリ程度(1e-3m):インフレーション:膨張速度は光速の60倍超)
(これが逆だと時空は潰れてしまうので実宇宙は誕生しない。)
・その直後から(1e−36秒後→1e−32秒後)高温の物質はビッグバンを起こす。
(実宇宙の大きさ:3ミリ(1e-3m)⇒10cm(1e-1m))

☆実宇宙の構造
・実宇宙の外側は反物資であり、並行宇宙の外側も反物質であることから、2つの宇宙は反発する。

☆実宇宙の未来
・実宇宙は膨張を続け蒸発する。=虚宇宙に生じた大きな揺らぎの結果の消滅
・蒸発する前には、実宇宙の反物質の外殻は脆くなっており、他の並行宇宙と衝突すると、両方の宇宙が崩壊する。
・ということは、他の並行宇宙同士の衝突により飛散した物質が実宇宙の外殻に衝突すれば、量子的にそれを観測できるかもしれない。

28−2 マルチバース人間原理 [8]
マルチバースのほとんどでは、人間は生まれない。
・たとえば、・・・
・・・自然界の4つの力のうち電磁気力や強い力がほんの少し違っても、炭素が星の中で合成されない。
・・・空間が4次元の宇宙では、重力や電磁気力が距離の3乗に反比例するので、銀河惑星系の構造、原子の構造が不安定になる。

・つまり・・・
・・・この宇宙は、まるで人間を生み出そうとしたかのように見事にデザインされている。:人間原理

28−3 並行宇宙間の交信
重力波は次元を超えるので、超弦理論やM理論では、重力を通して他の宇宙と相互作用し得るとしている。 [1] [3]

28−4 観測
NASAジェット推進研究所およびESAでは、2035年に、宇宙重力波望遠鏡(Laser Interferometer Space Antenna (LISA):レーザー干渉計)を使って並行宇宙の重力を観測する予定だ。[8][9]
並行宇宙.gif

【参 考】
1.多元宇宙論 - Wikipedia
2.Space.com/”5 Reasons We May Live in a Multiverse”20121207
http://www.space.com/18811-multiple-universes-5-theories.html
3.「気が遠くなる未来の宇宙のはなし」佐藤勝彦(2013年刊)
4.ミチオ・カク/ニューヨーク白熱教室「『万物の理論』の驚くべき予言」20150403
5. Multi-production of universes by first-order phase transition of a vacuum
http://adsabs.harvard.edu/abs/1982PhLB..108..103S
6. 宇宙の創成と未来 佐藤勝彦
https://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/docs/kouen_satou.pdf
7. 人間原理 - Wikipedia
8. 宇宙重力波望遠鏡 - Wikipedia
9.LISA Project Office
http://lisa.nasa.gov/

27 Entropic gravity/Emergent gravity #Gravity #universe

27 Entropic gravity/Emergent gravity #Gravity #universe

27−1 Outline
○Entropic gravity, also known as emergent gravity, is a theory in modern physics that describes gravity as an entropic force. [1]

○In 2009, Erik Verlinde disclosed a conceptual model that describes gravity as an entropic force. He argues (similar to Jacobson's result) that gravity is a consequence of the "information associated with the positions of material bodies". This model combines the thermodynamic approach to gravity with Gerard 't Hooft's holographic principle. It implies that gravity is not a fundamental interaction, but an emergent phenomenon which arises from the statistical behavior of microscopic degrees of freedom encoded on a holographic screen. [1]

○The theory holds that when gravity becomes vanishingly weak—levels seen only at interstellar distances—it diverges from its classically understood nature and its strength begins to decay linearly with distance from a mass. [1]

○From this theory it is not necessary to assume dark matter.

○The theory has been controversial within the physics community but has sparked research and experiments to test its validity. [1]

27−2 Thermodynamics and the Laws of Newton
・・・Based on the paper by Erik Verlinde in 2010 [2]

Gravity is considerably harder to combine with quantum mechanics than all the other forces. Also string theory and its related developments have given several indications in this direction.

○The universality of gravity suggests that its emergence should be understood from
general principles that are independent of the specific details of the underlying microscopic theory.Changes in this entropy when matter is displaced leads to an entropic force, which as we will show takes the form of gravity. Its origin therefore lies in the tendency of the microscopic theory to maximize its entropy.

○The conceptual ideas behind the emergence of spacetime and gravity appear to be general and are in principle applicable to other geometries than Anti-de Sitter space:a universe closer to our own, namely de Sitter space.

○The first indication of the emergent nature of spacetime and gravity comes from the laws of black hole thermodynamics. A central role herein is played by the Bekenstein-Hawking entropy and Hawking temperature given by





Here A denotes the area of the horizon and κ equals the surface acceleration.
○ In thermodynamics of ordinary materials, entropy is proportional to volume, but in black holes it is proportional to surface area.→Holographic principle

※The formula of Bekenstein-Hawking holds in any dimension of gravity theory, G is the Newton's constant in that dimension.

Newton's law can be obtained from the law of thermodynamics as follows.
(1)Particle and Entropy
Motivated by Bekenstein's argument, as the particles of mass m approach a screen, the entropy change ΔS on the screen becomes,



where kB is Boltzman's constant.
※ Entropy :
1) In thermodynamics (an area of physics dealing with heat), entropy is a measure of "disorder" in the physical system of matter and energy.
2) Entropy is a measure of the number of possible arrangements the atoms in a system can have. In this sense, entropy is a measure of uncertainty or randomness.

When Δx approaches the Compton wavelength,



The main content of this equation is simply that there is an entropy change perpendicular to the screen proportional to the mass m and the displacement Δx.



Figure:A particle with mass approaches a part of the holographic screen.

※ Compton wavelength:It is a physical constant representing the mass of a particle as its length.



※ Compton wavelength of electrons: λe = 2.42 × 10 ^-12 m

(2)Entropic force
How does force arise?
Acceleration occurs when force is applied, which is observed as temperature and entropy.

FΔx = TΔS (first law of thermodynamics)

(3)Holographic principle
Now suppose our boundary (screen) forms a closed surface. More specically, let us assume it is a sphere. The number of bits(N) is proportional to the area.




Figure:A spherical holographic screen




A: Surface area of sphere 


c is the speed of light, ℏ is the Planck constant

※Holographic principle: The idea discovered in the field of superstring theory that information of a space can be regarded as being encoded on its boundary surface.
・For example, entropy of black hole is proportional to its surface area.
・Holographic principle is closely related to the fundamental nature of quantum theory called "quantum entanglement ".

(4)Energy and number of states (amount of information)
・Assume that there is a total energy E in this spherical holographic screen.
・Also, given the assumption that energy is equally divided into the number of states N (bits) within the boundary (law of equipartition of energy)

The energy E is proportional to the mass M when the mass M is sufficiently larger than m.



T is absolute temperature.

※This fact could be true even when equipartition is not strictly obeyed.

Solving equations (1) to (4), we have recovered Newton's law of gravitation.




○The results of this paper suggest gravity arises as an entropic force, once space and time themselves have emerged.

○The equivalence principle of acceleration and gravity are both emergent phenomena.

○Furthermore, we can obtain the Einstein equation which generalizes Newton's law. [3]

○ Conclusion
・It is time we nally do away with gravity as a fundamental force. If gravity is emergent, so is space time geometry. Gravity arises as an entropic force, once space and time themselves have emerged.
・For instance, the way redshifts arise from entropy gradients could lead to many new insights.

【Referendes】
1. Entropic gravityWikipedia
2. Erik Verlinde “On the Origin of Gravity and the Laws of Newton“ 20100106
https://arxiv.org/pdf/1001.0785.pdf
3. T. Jacobson, \Thermodynamics of space-time: The Einstein equation of state,"
Phys. Rev. Lett. 75, 1260 (1995)




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20171209 Addition of “ Thermodynamics and the Laws of Newton

27 エントロピック重力/創発的重力 #重力 #宇宙

27 エントロピック重力/創発的重力 #重力 #宇宙

27−1 概要
○エントロピック重力(Entropic gravity)または創発的重力(emergent gravity)は、現代物理学の理論であり、重力をエントロピックな力として記述する。[1]

○エントロピック重力理論は、2010年にアムステルダム大学の理論物理学者エリック・ヴァーリンデ教授が発表した重力についての新理論。重力とは「電磁気力」「強い力」「弱い力」と並ぶ自然の基本的な力ではなく、実は「見かけの現象」に過ぎないとする理論。[2]

○エントロピック重力理論では、重力とは「物体の位置に関する情報量の変化によって生じるエントロピー的な力である」と説明される。物体の位置が変動することによって、情報量としてのエントロピーが変化し、この変化が重力という形を取って現れるという。つまり、重力とは、エントロピー変化にともなう見かけ上の現象ということになる。[2]
○この理論では、重力が星間距離のような弱いレベルになると、その強度は質量からの距離と共に直線的に減衰しするとしている。[3]

○この理論に立つとダークマターを想定しなくてもよくなる。[2]

○理論の検証のための研究と実験が行われている。

29−2 熱力学ニュートンの法則 
・・・2010年のエリック・ヴァーリンデの論文を元に [4]

○重力は弦理論である程度解明されているが、量子力学との相性が悪い。

○重力は微視的な理論よりもエントロピーとの相関が強い。

○時空と重力の出現の背後にある概念は一般的で、アンチ・ド・シッター空間での原則が、私たちの宇宙であるド・シッター空間にも適用可能である。

○時空と重力をブラックホール熱力学の法則から考える時、中心となるのは、ブラックホールエントロピーを与えるBekenstein-Hawkingの公式とホーキング温度。





ここでAはブラックホール事象の地平線(horizon)の表面積、κは表面加速度
○通常の物質の熱力学では、エントロピーは体積に比例するが、ブラックホールでは表面積に比例する。→ホログラフィック原理

※Bekenstein-Hawkingの公式は何次元の重力理論においても成り立ち、Gはその次元でのニュートン定数。

○次のように、熱力学の法則からニュートンの法則を得ることができる。
(1)粒子とエントロピー
質量mの粒子が、あるスクリーンに近づけば、スクリーン上のエントロピー変化∆Sは、ベッケンシュタインによれば、



kB はボルツマン定数
エントロピー
1) 熱力学(熱を扱う物理学の一領域)では、エントロピーは物質とエネルギーの物理系における"無秩序"の尺度。
2) 対象とする系がとりうる状態の数がどのくらいあるかを表す物理量。

∆xがコンプトン波長程度に近づいた場合は、



すなわち、質量mおよび変位Δxに比例してスクリーンに垂直なエントロピー変化が存在する。



 図:ホログラフィックスクリーンへの粒子の接近

コンプトン波長:粒子の質量を長さとして表した物理定数。



※電子のコンプトン波長: λe=2.42×10−12 m

(2)エントロピー力 
どのように力が出現するのか? 
力が働くと加速度が生じるが、それは温度とエントロピーとして観測される。

FΔx=T∆S (熱力学第1法則)

(3)ホログラフィック原理
ここでスクリーンが球面とすると、ホログラフィック原理( holographic principle)により、スクリーン内の状態数(情報量:N)は面積に比例する。



※球面ホログラフィックスクリーン 



A:球の表面積 


c は光速、ℏ は Planck 定数

※ホログラフィック原理:空間の情報はその境界面に符号化されていると見なすことができるという超弦理論の分野で発見された考え方。
・例えば、ブラックホールエントロピーはその表面積に比例する。
・ホログラフィック原理は 「量子もつれ(量子エンタングルメント)」という量子論の基本的な性質と深く関係している。

(4)エネルギーと状態数(情報量)
・この球面ホログラフィックスクリーン内に総エネルギーEが存在すると仮定する。
・また、エネルギー境界内の状態数N(ビット)に均等に分割される(エネルギー等分配則という仮定をすると、

エネルギーEは、質量Mがmより十分大きい場合、質量Mに比例する。



T は絶対温度

※仮に厳密にエネルギー等分配則に従わなくてもこの関係は真実の可能性がある。

(1)から(4)の式を解くと、ニュートンの法則を得る。




○この論文の結果は、時空間が出現すると、エントロピー力として重力が生じることを示唆している。
The results of this paper suggest gravity arises as an entropic force, once space and time themselves have emerged.

○また、加速と重力の等価原理も成り立つ。つまり、加速と重力の両方が創発現象である。

○さらに、ニュートンの法則を一般化したアインシュタイン方程式を得ることが出来る。[5]

○結 論
・重力は基本的な力ではない。時空間が出現すると、エントロピー力として重力が生じる。
・なお、赤方偏移エントロピー勾配から生じるという考えは、多くの新しい洞察につながる可能性がある。

【参 照】
1.エントロピック重力−Wikipedia
2.“ダークマター存在せず? - 「エントロピック重力理論」と観測データが一致2-“荒井聡
at マイナビニュース 2016/12/22
http://news.mynavi.jp/news/2016/12/22/230/
3.Entropic gravityWikipedia
4.Erik Verlinde “On the Origin of Gravity and the Laws of Newton(重力の起源とニュートンの法則)“ 20100106
https://arxiv.org/pdf/1001.0785.pdf
5.T. Jacobson, \Thermodynamics of space-time: The Einstein equation of state,"
Phys. Rev. Lett. 75, 1260 (1995)

【その他の参照】
6.太田 信義“重力理論と熱力学”2010
https://www.jstage.jst.go.jp/article/soken/118/3/118_KJ00006772515/_article/-char/ja/
7.百武慶文“重力は基本的な力か!? E. Verlindeの仕事の紹介”
http://www-tap.scphys.kyoto-u.ac.jp/sc3/hyakutake.pdf
8. Masahiro Hotta”エントロピック重力理論” at Quantum Universe 20161225
http://mhotta.hatenablog.com/entry/2016/12/25/092822




【更新履歴】
20171111 新規
20171209 「熱力学ニュートンの法則」の追加

26  Loop Quantum Gravity(LQG)  #Gravity #universe

26  Loop Quantum Gravity(LQG)  #Gravity #universe

[Electromagnetic force + Weak interaction+Strong interaction + Gravity]
・LQG is an attempt to merge quantum mechanics and general relativity. [1]
・Quantum gravity (QG) is a field of theoretical physics that seeks to describe the force of gravity according to the principles of quantum mechanics.

26−1 Overview [1]
○In the loop models, the basic structure of space-time turns out to be discrete. In such discrete space-times, there are smallest values for volumes and areas that are not divisible any farther.
○The granular structure of space-time gets rid of the infinities that plague quantum field theory.
○Elementary particles for each type, the rotational speed takes the value of the discrete, as the basic number of Planck constant. For example, an electron rotates at half the speed of Planck constant.

<Decide the direction of the space from the spin direction of the particle>
・In the 1950s, by utilizing this principles of the spin, "the Spin network" theory which defines the direction of each point in space from the direction of the electron spin published by Penrose.
・As a specific method, the theory represents a material at a point, and represents the direction at a line, and make a constant volume by planes perpendicular to the line.
・The predicted size of this structure is the Planck length, which is approximately 10−35 meters.
・Space can be viewed as an extremely fine fabric or network "woven" of finite loops. These networks of loops are called spin networks.
・This change in spin network indicates the presence of gravity and elementary particles.
・The granular structure of space-time that is implied by spin networks also gets rid of the infinities that plague quantum field theory.


※Spin networks [2]

<Loop quantum gravity theory creates space, gravity and substance at a time>
・The evolution of a spin network over time is called a spin foam.
・Spin form changes discretely.
• The time difference is 1 Planck seconds of the change (10-43 seconds), and the time that people feel is what this very short time is stacked.
・The main output of LQG is a physical picture of space where space is granular. It has the same nature as the granularity of the photons in the quantum theory of electromagnetism and the discrete levels of the energy of the atoms.

26−2 Difference from super string theory
1)In string theory( a quantum theories of gravity) one generally starts with quantized excitations on top of a classically fixed background. LQG is thus described as background dependent. In contrast, LQG, like general relativity, is manifestly background independent. [1]
2)Super string theory requires that space-time have 10 dimensions; LQG is formulated in 4 dimensions. [3]
3)String theory also implies the existence of supersymmetry, in which all known particles have yet-undiscovered partners. Supersymmetry isn’t a feature of LQG. [1] [3]
4)In loop quantum gravity, there is no big bang singularity; instead, the universe´s history can be traced infinitely far into the past, step by step. [2]
※An inflationary expansion might have been driven by quantum-gravitational effects. [4]

26−3 Tasks
○Quantum gravity effects are notoriously difficult to measure because the Planck length is so incredibly small. However recently physicists have started to consider the possibility of measuring quantum gravity effects. [5]
○The Universe can be used as a laboratory to test quantum gravity effects. First, there are accelerators in distant galaxies that produced gamma burst, 10 billion years ago, particles with energies much higher than we can produce in even the largest man-made accelerators, 10 million times higher. Secondly, due to the long times and vast distances involved, effects such as the difference in speeds of these particles (speed of light is energy dependent according to LQG) can be detected over these long distances and times. [4] [6]

○In 2015, the Advanced LIGO team announced that they had detected gravitational waves from a pair of black holes merging. [7] [8]

○We can not fully study science with something like a unified theory - Freeman Dyson explains the reason with Gödel's incompleteness theorems

【References】
1. Loop quantum gravity - Wikipedia
2. Loop quantum gravityEinstein Online
http://www.einstein-online.info/elementary/quantum/loops
3.String Theory Meets Loop Quantum Gravity | Quanta Magazine
https://www.quantamagazine.org/20160112-string-theory-meets-loop-quantum-gravity/
4. Carol Rovelli“Loop quantum gravity
http://igpg.gravity.psu.edu/people/Ashtekar/articles/rovelli03.pdf
5.Quantum gravity (QG) - Wikipedia
6.Duality of Spacetime and Matter - NCF.ca
http://web.ncf.ca/fm120/Physics/LQG/Duality_Spacetime_and_Matter,_draft_2004-01-07.htm
7.Gravitational wave - Wikipedia
8.No.31 Gravitational Wave

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20171030 Addition of Freeman-Dyson's words to tasks.

26 ループ量子重力理論 #重力 #宇宙

26 ループ量子重力理論 #重力 #宇宙

[電磁気力+弱い力+強い力+重力]
一般相対論量子論を統合しようとする理論
量子力学の原理に基づいて重力の力を説明しようとする量子重力理論の一つ。

26−1 概要 [1][2]
○時空(時間と空間)にはそれ以上の分割不可能な最小単位が存在する。
○この理論で時空は、結晶格子のように離散的な値をとるものと考えられている。このため、時空を連続的なものととらえたときに起きる短距離極限の発散が生じないという利点がある。
○粒子は種類ごとに、プランク定数という数を基本として、その回転数は飛び飛びの値を取っている。例えば電子は、プランク定数の1/2の速度で回転している。

<粒子のスピンの方向から、空間の方向を決める。>
・1950年代に、このスピンの原理を利用して、電子のスピンの方向から、空間の各点の方向を定義する「スピンネットワーク」理論が、ペンローズによって発表された。

・具体的な方法としては物質を点で表し、方向性を線で表して、その線に垂直な面で一定の体積を作る。
・そのサイズはプランク長(10^-35m)。
・これを空間の最小単位(量子)として、方向を表す線をなぞって一周する(ループを描く)と空間の方向の変化が分かる。
・この理論で時空は、点と線を使ってグラフで表される。このグラフはスピンネットワークと呼ばれる。
・このスピンネットワークの変化が重力や素粒子の存在を示していると考える。


※スピンネットワーク[3]

<空間、重力、物質を一度に生み出し、表現できるのがループ量子重力理論の特徴>
・スピンネットワークに時間を加えたものをスピンフォームと呼ぶ。
・スピンフォームは時計の秒針が動くように離散的に変化する。
・変化前と変化後の時間の差は1プランク秒(10^-43秒)で、これが積もり積もって人が感じる時間となる。
・このようにループ量子重力理論では、時空は原子における電子配置のように離散的な値をとるものと考えられている。

26−2 超弦理論との相違
1)ループ量子重力理論と同じく量子重力理論の候補である超弦理論は、時空は背景場として最初からそこに存在するものとして定義しているが、ループ量子重力理論は、一般相対論と同様に理論自身が時空そのものを決定している。(背景独立性)
2)超弦理論では時空が10次元だが、ループ量子重力理論は、4次元。[4]
3)超弦理論ではすべての粒子が超対称性パートナーを有することになるが、ループ量子重力理論は超対称性を用いずに展開できる。[4]
4)ループ量子重力理論では、ビッグバンのような特異点は存在せず、宇宙の歴史は無限に遡ることができる。[3]
インフレーションは量子重力効果によって引き起こされた。[5]・・・?

26−3 課題・今後の展開
○重力は自然界に存在する四つの力(基本相互作用)の中で最も弱く量子化された重力の観測が困難.。
○空間の構造が離散的だとすると,そこを伝わる光のスピードは波長によってわずかに異なる。はるか遠くの宇宙で発生したガンマ線バーストの光が,波長によってわずかな時間差をもって地球に届くことが検出されれば,理論を実証できる。[5] [6]

2015年 カリフォルニア工科大とマサチューセッツ工科大などの共同研究チームが重力波を初検出。 [7]

○統一理論のようなもので科学を研究し尽くせない――フリーマン・ダイソンはその理由を、ゲーデル不完全性定理で説明する。

【参考】
1. ループ量子重力理論 - Wikipedia
2. 教えて!goo
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/1474170.html
3.Loop quantum gravityEinstein Online
http://www.einstein-online.info/elementary/quantum/loops
4.リー・スモーリン ”時空の原子を追うループ量子重力理論”
http://www.nikkei-science.com/page/magazine/0404/loop.html
5.Carol Rovelli“Loop quantum gravity
http://igpg.gravity.psu.edu/people/Ashtekar/articles/rovelli03.pdf
6.産経新聞 20160212
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160212-00000502-san-sctch
7.No. 29 重力波

【更新履歴】
20170421 3項目に分割
20171030 今後の展開にフリーマン・ダイソンの言葉を追加。