Has this physicist found the key to reality?
ｗｈｅnever we have ventured into new experimental territory, we’ve discovered that our previous “knowledge” was woefully incomplete. So what to make of Italian physicist Carlo Rovelli?
rt Einstein knew the truth. “As far as the laws of mathematics refer to reality, they are not certain; and as far as they are certain, they do not refer to reality.” However good we are at maths – or theoretical physics – our efforts to apply it to the real world are always going to mislead. So perhaps we shouldn’t be surprised that reality is not what it seems – even when, like the Italian physicist Carlo Rovelli, you’ve done the maths.
It is a lesson we could certainly learn from the history of science. Whenever we have ventured into new experimental territory, we’ve discovered that our previous “knowledge” was woefully incomplete. With the invention of the telescope, for instance, we found new structures in space; Jupiter’s moons and sunspots were just the beginning. The microscope took us the other way and showed us the fine structure of the biological world – creatures that looked uninteresting to the naked eye turned out to be intricate and delicate, with scales and hooks and other minute features. We also once thought that the atom lacked structure; today’s technology, such as the particle colliders at the Cern research centre in Geneva and Fermilab in the United States, have allowed us to prove just how wrong that idea was. At every technological turn, we have redefined the nature of reality.
Unfortunately, we don’t yet have the technology to take the next step. The present challenge to physicists seeking to discover how things really are is to investigate our environment on a scale known as the “Planck length”. Rovelli tries to convey just how small this is. Imagine, he says, a walnut magnified until it is the size of the universe. If we were to magnify the Planck length by that much, we still couldn’t see it. “Even after having been enormously magnified thus, it would still be a million times smaller than the actual walnut shell was before magnification,” he tells us.
We simply cannot probe the universe at these scales using current methods, because it would require a particle accelerator the size of a small galaxy. So – for now, at least – our search for the nature of reality is in the hands of the mathematicians and theorists. And, as Einstein would tell us, that is far from ideal.
That is also doubly true when theoretical physicists are working with two highly successful, but entirely incompatible, theories of how the universe works. The first is general relativity, developed by Einstein over 100 years ago. This describes the universe on cosmic scales, and utterly undermines our intuition. Rovelli describes Einstein’s work as providing “a phantasmagorical succession of predictions that resemble the delirious ravings of a madman but which have all turned out to be true”.
In relativity, time is a mischievous sprite: there is no such thing as a universe-wide “now”, and movement through space makes once-reliable measures such as length and time intervals stretch and squeeze like putty in Einstein’s hands. Space and time are no longer the plain stage on which our lives play out: they are curved, with a geometry that depends on the mass and energy in any particular region. Worse, this curvature determines our movements. Falling because of gravity is in fact falling because of curves in space and time. Gravity is not so much a force as a geometric state of the universe.
The other troublesome theory is quantum mechanics, which describes the subatomic world. It, too, is a century old, and it has proved just as disorienting as relativity. As Rovelli puts it, quantum mechanics “reveals to us that, the more we look at the detail of the world, the less constant it is. The world is not made up of tiny pebbles, it is a world of vibrations, a continuous fluctuation, a microscopic swarming of fleeting micro-events.”
But here is the most disturbing point. Both of these theories are right, in the sense that their predictions have been borne out in countless experiments. And both must be wrong, too. We know that because they contradict one another, and because each fails to take the other into account when trying to explain how the universe works. “The two pillars of 20th-century physics – general relativity and quantum mechanics – could not be more different from each other,” Rovelli writes. “A university student attending lectures on general relativity in the morning, and others on quantum mechanics in the afternoon, might be forgiven for concluding that his professors are fools, or that they haven’t talked to each other for at least a century.”
Physicists are aware of the embarrassment here. Hence the effort to unite relativity and quantum mechanics in a theory of “quantum gravity” that describes reality at the Planck scale. It is a daunting task that was the undoing of both Einstein and his quantum counterpart Erwin Schrödinger. The two men spent the last years of their working lives trying to solve this problem, but failed to make any headway. Today’s physicists have some new ideas and mathematical intuitions, but they may also be heading towards a dead end. Not that we’ll find out for sure any time soon. If the history of science offers us a second lesson, it is that scientific progress is unbearably slow.
In the first third of his book, Rovelli presents a fascinating dissection of the history of our search for reality. The mathematical cosmology of Ptolemy, in which the Earth stood at the centre of the universe and the other heavenly bodies revolved around it, ruled for a thousand years. It was unfairly deposed: the calculations based on Copernicus’s sun-centred model “did not work much better than those of Ptolemy; in fact, in the end, they turned out to work less well”, the author observes.
It was the telescope that pushed us forward. Johannes Kepler’s painstaking observations opened the door to the novel laws that accurately and succinctly described the planets’ orbits around the sun. “We are now in 1600,” Rovelli tells his readers, “and for the first time, humanity finds out how to do something better than what was done in Alexandria more than a thousand years earlier.”
Not that his version of history is perfect. “Experimental science begins with Galileo,” Rovelli declares – but there are any number of Renaissance and pre-Renaissance figures who would baulk at that claim. In the 12th century the Islamic scholar al-Khazini published a book full of experiments that he had used to test the theories of mechanics. The man who helped Galileo achieve his first academic position, Guidobaldo del Monte, also carried out many experiments, and possibly taught Galileo the craft.
It’s a small misjudgement. More irritating is Rovelli’s dismissal of any path towards quantum gravity but his own, a theory known as “loop quantum gravity”. He spends the last third of the book on explaining this idea, which he considers the “most promising” of all the assaults on the true nature of reality. He does not mention that he is in a minority here.
Most physicists pursuing quantum gravity give a different approach – string theory – greater chance of success, or at least of bearing useful fruit. String theory suggests that all the forces and particles in nature are the result of strings of energy vibrating in different ways. It is an unproven (and perhaps unprovable) hypothesis, but its mathematical innovations are nonetheless seeding interesting developments in many different areas of physics.
However, Rovelli is not impressed. He summarily dismisses the whole idea, characterising its objectives as “premature, given
current knowledge”. It’s a somewhat unbecoming attitude, especially when we have just spent so many pages celebrating millennia of ambitious attempts to make sense of the universe. He also strikes a jarring note when he seems to revel in the Large Hadron Collider at Cern having found no evidence for “supersymmetry”, an important scaffold for string theory.
current knowledge”. It’s a somewhat unbecoming attitude, especially when we have just spent so many pages celebrating millennia of ambitious attempts to make sense of the universe. He also strikes a jarring note when he seems to revel in the Large Hadron Collider at Cern having found no evidence for “supersymmetry”, an important scaffold for string theory.
As readers of his bestselling Seven Brief Lessons on Physicswill know, Rovelli writes with elegance, clarity and charm. This new book, too, is a joy to read, as well as being an intellectual feast. For all its laudable ambition, however, you and I are unlikely ever to learn the truth about quantum gravity. Future generations of scientists and writers will have the privilege of writing the history of this particular subject. With theory ranging so far ahead of experimental support, neither strings nor loops, nor any of our other attempts to define quantum gravity, are likely to be correct. Reality is far more elusive than it seems.
Michael Brooks’s books include “At the Edge of Uncertainty: 11 Discoveries Taking Science by Surprise” (Profile)
Reality Is Not What It Seems: the Journey to Quantum Gravity by Carlo Rovelli. Translated by Simon Carnell and Erica Segre is published by Allen Lane (255pp, £16.99)http://www.newstatesman.com/culture/books/2016/10/has-physicist-found-key-reality
再生核研究所声明 277(2016.01.26)：アインシュタインの数学不信 ― 数学の欠陥
（山田正人さん：散歩しながら、情念が湧きました：２０１６．１．１７．１０時ころ 散歩中）
西暦６２８年インドでゼロが記録され、四則演算が考えられて、１３００年余、ようやく四則演算の法則が確立された。ゼロで割れば、何時でもゼロになるという美しい関係が発見された。ゼロでは割れない、ゼロで割ることを考えてはいけないは １０００年を超える世界史の常識であり、天才オイラーは それは、1/0は無限であるとの論文を書き、無限遠点は 複素解析学における１００年を超える定説、確立した学問である。割り算を掛け算の逆と考えれば、ゼロ除算が不可能であることは 数学的に簡単に証明されてしまう。
しかしながら、ニュートンの万有引力の法則，アインシュタインの特殊相対性理論にゼロ除算は公式に現れていて、このような数学の常識が、物理的に解釈できないジレンマを深く内蔵してきた。そればかりではなく、アリストテレスの世界観、ゼロの概念、無とか、真空の概念での不可思議さゆえに２０００年を超えて、議論され、そのため、ゼロ除算は 神秘的な話題 を提供させてきた。実際、ゼロ除算の歴史は ニュートンやアインシュタインを悩ましてきたと考えられる。
ニュートンの万有引力の法則においては ２つの質点が重なった場合の扱いであるが、アインシュタインの特殊相対性理論においては ローレンツ因子 にゼロになる項があるからである。
特にこの点では、深刻な矛盾、問題を抱えていた。
特殊相対性理論では、光速の速さで運動しているものの質量はゼロであるが、光速に近い速さで運動するものの質量（エネルギー）が無限に発散しているのに、ニュートリノ素粒子などが、光速に極めて近い速度で運動しているにも拘わらず 小さな質量、エネルギーを有しているという矛盾である。
そこで、この矛盾、ゼロ除算の解釈による矛盾に アインシュタインが深刻に悩んだものと思考される。実際 アインシュタインは 数学不信を公然と 述べている：
What does Einstein mean when he says, "I don't believe in math"?
アインシュタインの数学不信の主因は アインシュタインが 難解で抽象的な数学の理論に嫌気が差したものの ゼロ除算の間違った数学のためである と考えられる。（次のような記事が見られるが、アインシュタインが 逆に間違いをおかしたのかは 大いに気になる：Sunday, 20 May 2012
簡単なゼロ除算について １３００年を超える過ちは、数学界の歴史的な汚点であり、物理学や世界の文化の発展を遅らせ、それで、人類は 猿以下の争いを未だに続けていると考えられる。
数学界は この汚名を速やかに晴らして、数学の欠陥部分を修正、補充すべきである。 そして、今こそ、アインシュタインの数学不信を晴らすべきときである。数学とは本来、完全に美しく、永遠不滅の、絶対的な存在である。― 実際、数学の論理の本質は 人類が存在して以来 どんな変化も認められない。数学は宇宙の運動のように人間を離れた存在である。
再生核研究所声明で述べてきたように、ゼロ除算は、数学、物理学ばかりではなく、広く人生観、世界観、空間論を大きく変え、人類の夜明けを切り拓く指導原理になるものと思考される。
以 上
Impact of ‘Division by Zero’ in Einstein’s Static Universe and Newton’s Equations in Classical Mechanics. Ajay Sharma physicsajay@yahoo.com Community Science Centre. Post Box 107 Directorate of Education Shimla 171001 India
Key Words Aristotle, Universe, Einstein, Newton http://gsjournal.net/Science-Journals/Research%20Papers-Relativity%20Theory/Download/2084
再生核研究所声明 278(2016.01.27)： 面白いゼロ除算の混乱と話題
Googleサイトなどを参照すると ゼロ除算の話題は 膨大であり、世にも珍しい現象と言える(division by zero: 約298 000 000結果（0.51秒）
検索結果
https://en.wikipedia.org/wiki/ Division_by_zero
数学では、ゼロ除算は、除数（分母）がゼロである部門です。このような部門が正式に配当である/ 0をエスプレッソすることができます(2016.1.19.13:45)).
問題の由来は、西暦６２８年インドでゼロが記録され、四則演算が考えられて、１３００年余、ゼロでは割れない、ゼロで割ることを考えてはいけないは １０００年を超える世界史の常識であり、天才オイラーは それは、1/0は無限であるとの論文を書き、無限遠点は 複素解析学における１００年を超える定説、確立した学問である。割り算を掛け算の逆と考えれば、ゼロ除算が不可能であることは 数学的に簡単に証明されてしまう。しかしながら、アリストテレスの世界観、ゼロの概念、無とか、真空の概念での不可思議さゆえに２０００年を超えて、議論され、そのため、ゼロ除算は 神秘的な話題 を提供させてきた。
確定した数学に対していろいろな存念が湧き、話題が絶えないことは 誠に奇妙なことと考えられる。ゼロ除算には 何か問題があるのだろうか。
先ず、多くの人の素朴な疑問は、加減乗除において、ただひとつの例外、ゼロで割ってはいけないが、奇妙に見えることではないだろうか。例外に気を惹くは 何でもそうであると言える。しかしながら、より広範に湧く疑問は、物理の基本法則である、ニュートンの万有引力の法則，アインシュタインの特殊相対性理論に ゼロ除算が公式に現れていて、このような数学の常識が、物理的に解釈できないジレンマを深く内蔵してきた。実際、ゼロ除算の歴史は ニュートンやアインシュタインを悩ましてきたと考えられる。
ニュートンの万有引力の法則においては ２つの質点が重なった場合の扱いであるが、アインシュタインの特殊相対性理論においては ローレンツ因子 にゼロになる項があるからである。
特にこの点では、深刻な矛盾、問題を抱えていた。
特殊相対性理論では、光速の速さで運動しているものの質量はゼロであるが、光速に近い速さで運動するものの質量（エネルギー）が無限に発散しているのに、ニュートリノ素粒子などが、光速に極めて近い速度で運動しているにも拘わらず 小さな質量、エネルギーを有しているという矛盾である。それゆえにブラックホール等の議論とともに話題を賑わしてきている。最近でも特殊相対性理論とゼロ除算、計算機科学や論理の観点でゼロ除算が学術的に議論されている。次のような極めて重要な言葉が残されている：
George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist remarked that "it is well known to students of high school algebra" that division by zero is not valid; and Einstein admitted it as the biggest blunder of his life [1]：
1. Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970
スマートフォン等で、具体的な数字をゼロで割れば、答えがまちまち、いろいろなジョーク入りの答えが出てくるのも興味深い。しかし、計算機がゼロ除算にあって、実際的な障害が起きた：
ヨークタウン (ミサイル巡洋艦)ヨークタウン(USS Yorktown, DDG-48/CG-48)は、アメリカ海軍のミサイル巡洋艦。タイコンデロガ級ミサイル巡洋艦の2番艦。艦名はアメリカ独立戦争のヨークタウンの戦いにちなみ、その名を持つ艦としては5隻目。
艦歴[編集]
1997年9月21日バージニア州ケープ・チャールズ沿岸を航行中に、乗組員がデータベースフィールドに0を入力したために艦に搭載されていたRemote Data Base Managerでゼロ除算エラーが発生し、ネットワーク上の全てのマシンのダウンを引き起こし2時間30分にわたって航行不能に陥った。 これは搭載されていたWindows NT 4.0そのものではなくアプリケーションによって引き起こされたものだったが、オペレーティングシステムの選択への批判が続いた。[1]
2004年12月3日に退役した。
出典・脚注[編集]
1. ^ Slabodkin, Gregory (1998年7月13日). “Software glitches leave Navy Smart Ship dead in the water”. Government Computer News. 2009年6月18日閲覧。
これはゼロ除算が不可能であるから、計算機がゼロ除算にあうと、ゼロ除算の誤差動で重大な事故につながりかねないことを実証している。それでゼロ除算回避の数学を考えている研究者もいる。論理や計算機構造を追求して、代数構造を検討したり、新しい数を導入して、新しい数体系を提案している。
確立している数学について話題が尽きないのは、思えば、ゼロ除算について、何か本質的な問題があるのだろうかと考えられる。 火のないところに煙は立たないという諺がある。 ゼロ除算は不可能であると 考えるか、無限遠点の概念、無限か と考えるのが 数百年間を超える数学の定説であると言える。
ところがその定説が、 思いがけない形で、完全に覆り、ゼロ除算は何時でも可能で、ゼロで割れば何時でもゼロになるという美しい結果が ２０１４．２．２ 発見された。 結果は３篇の論文に既に出版され、日本数会でも発表され、大きな２つの国際会議でも報告されている。 ゼロ除算の詳しい解説も次で行っている：
○ 堪らなく楽しい数学-ゼロで割ることを考える(18)
○ 堪らなく楽しい数学-ゼロで割ることを考える(18)
数学基礎学力研究会のホームページ
URLは
また、再生核研究所声明の中でもいろいろ解説している。
以 上
再生核研究所声明 279(2016.01.28) ゼロ除算の意義
ここでは、ゼロ除算発見２周年目が近づいた現時点における ゼロ除算100/0=0, 0/0=0の意義を箇条書きで纏めて置こう。
１）。西暦６２８年インドでゼロが記録されて以来 ゼロで割るという問題 に 簡明で、決定的な解決をもたらした。数学として完全な扱いができたばかりか、結果が世の普遍的な現象を表現していることが実証された。それらは３篇の論文に公刊され、第４論文も出版が決まり、さらに４篇の論文原稿があり、討論されている。２つの大きな国際会議で報告され、日本数学会でも２件発表され、ゼロ除算の解説（2015.1.14;14ページ）を1000部印刷配布、広く議論している。また, インターネット上でも公開で解説している：
○ 堪らなく楽しい数学-ゼロで割ることを考える(18)
○ 堪らなく楽しい数学-ゼロで割ることを考える(18)
数学基礎学力研究会のホームページ
２） ゼロ除算の導入で、四則演算 加減乗除において ゼロでは 割れない の例外から、例外なく四則演算が可能である という 美しい四則演算の構造が確立された。
３）２千年以上前に ユークリッドによって確立した、平面の概念に対して、おおよそ２００年前に非ユークリッド幾何学が出現し、特に楕円型非ユークリッド幾何学ではユークリッド平面に対して、無限遠点の概念がうまれ、特に立体射影で、原点上に球をおけば、 原点ゼロが 南極に、無限遠点が 北極に対応する点として 複素解析学では １００年以上も定説とされてきた。それが、無限遠点は 数では、無限ではなくて、実はゼロが対応するという驚嘆すべき世界観をもたらした。
４）ゼロ除算は ニュートンの万有引力の法則における、２点間の距離がゼロの場合における新しい解釈、独楽（コマ）の中心における角速度の不連続性の解釈、衝突などの不連続性を説明する数学になっている。ゼロ除算は アインシュタインの理論でも重要な問題になっていて、特殊相対性理論やブラックホールなどの扱いに重要な新しい視点を与える。数多く存在する物理法則を記述する方程式にゼロ除算が現れているが、それらに新解釈を与える道が拓かれた。次のような極めて重要な言葉に表されている：
George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist remarked that "it is well known to students of high school algebra" that division by zero is not valid; and Einstein admitted it as the biggest blunder of his life [1]：
1. Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970
５）複素解析学では、１次分数変換の美しい性質が、ゼロ除算の導入によって、任意の１次分数変換は 全複素平面を全複素平面に１対１ onto に写すという美しい性質に変わるが、極である１点において不連続性が現れ、ゼロ除算は、無限を 数から排除する数学になっている。
６）ゼロ除算は、不可能であるという立場であったから、ゼロで割る事を 本質的に考えてこなかったので、ゼロ除算で、分母がゼロである場合も考えるという、未知の新世界、新数学、研究課題が出現した。
７）複素解析学への影響は 未知の分野で、専門家の分野になるが、解析関数の孤立特異点での性質について新しいことが導かれる。典型的な定理は、どんな解析関数の孤立特異点でも、解析関数は 孤立特異点で、有限な確定値をとる である。佐藤の超関数の理論などへの応用がある。
８）特異積分におけるアダマールの有限部分や、コーシーの主値積分は、弾性体やクラック、破壊理論など広い世界で、自然現象を記述するのに用いられている。面白いのは 積分が、もともと有限部分と発散部分に分けられ、極限は 無限たす、有限量の形になっていて、積分は 実は、普通の積分ではなく、そこに現れる有限量を便宜的に表わしている。ところが、その有限量が実は、ゼロ除算にいう、解析関数の孤立特異点での 確定値に成っていること。いわゆる、主値に対する解釈を与えている。これはゼロ除算の結果が、広く、自然現象を記述していることを示している。
９）中学生や高校生にも十分理解できる基本的な結果をもたらした：
基本的な関数y = 1/x のグラフは、原点で ゼロである；すなわち、 1/0=0 である。
基本的な関数y = 1/x のグラフは、原点で ゼロである；すなわち、 1/0=0 である。
１０）既に述べてきたように 道脇方式は ゼロ除算の結果100/0=0, 0/0=0および分数の定義、割り算の定義に、小学生でも理解できる新しい概念を与えている。多くの教科書、学術書を変更させる大きな影響を与える。
１１）ゼロ除算が可能であるか否かの議論について：
現在 インターネット上の情報でも 世間でも、ゼロ除算は 不可能であるとの情報が多い。それは、割り算は 掛け算の逆であるという、前提に議論しているからである。それは、そのような立場では、勿論 正しいことである。出来ないという議論では、できないから、更には考えられず、その議論は、不可能のゆえに 終わりになってしまう ― もはや 展開の道は閉ざされている。しかるに、ゼロ除算が 可能であるとの考え方は、それでは、どのような理論が 展開できるのかの未知の分野が望めて、大いに期待できる世界が拓かれる。
１２）ゼロ除算は、数学ばかりではなく、人生観、世界観や文化に大きな影響を与える。
次を参照：
再生核研究所声明166（2014.6.20）ゼロで割る（ゼロ除算）から学ぶ 世界観
再生核研究所声明188（2014.12.16）ゼロで割る（ゼロ除算）から観えてきた世界
再生核研究所声明262 (2015.12.09) 宇宙回帰説 ― ゼロ除算の拓いた世界観 。
ゼロ除算における新現象、驚きとは Aristotélēs の世界観、universe は連続である を否定して、強力な不連続性を universe の現象として受け入れることである。
１３） ゼロ除算は ユークリッド幾何学にも基本的に現れ、いわば、素朴な無限遠点に関係するような平行線、円と直線の関係などで本質的に新しい現象が見つかり、現実の現象の説明に合致する局面が拓かれた。
１４） 最近、3つのグループの研究に遭遇した：
論理、計算機科学 代数的な体の構造の問題（J. A. Bergstra, Y. Hirshfeld and J. V. Tucker）、
特殊相対性の理論とゼロ除算の関係（J. P. Barukcic and I. Barukcic）、
計算器がゼロ除算に会うと実害が起きることから、ゼロ除算回避の視点から、ゼロ除算の検討（T. S. Reis and James A.D.W. Anderson）。
これらの理論は、いずれも不完全、人為的で我々が確定せしめたゼロ除算が、確定的な数学であると考えられる。世では、未だゼロ除算について不可思議な議論が続いているが、数学的には既に確定していると考えられる。
そこで、これらの認知を求め、ゼロ除算の研究の促進を求めたい：
再生核研究所声明 272(2016.01.05)： ゼロ除算の研究の推進を、
再生核研究所声明259(2015.12.04)： 数学の生態、旬の数学 ―ゼロ除算の勧め。
以 上
0 件のコメント:
コメントを投稿