2017年8月20日日曜日

From fear to understanding – what can we learn from Aryabhata

From fear to understanding – what can we learn from Aryabhata

Though ancient cultures across the world feared them, astronomers over the last 2000 years have worked hard to understand them scientifically.

This article is in response to two other articles (here and here) that appeared in the Financial Express on the lunar eclipse that occurred on 7 Aug this year.
Summary: Solar and lunar eclipses are awe-inspiring events that we are fortunate to witness. Though ancient cultures across the world feared them, astronomers over the last 2000 years have worked hard to understand them scientifically. In the land of Aryabhata, a pioneer in this field, it behooves us not to believe in false scare-mongering, but share in this magnificent spectacle.
There are very few natural events that are as awe-inspiring and at the same time, possibly frightening, as solar and lunar eclipses. In ancient times, the sudden disappearance of the Sun and the Moon for a brief period must have been terrifying. Hence, in cultures like the Chinese and the Norse, people used to bang pots and drums to drive away whatever it was that was causing the eclipse. We know that a solar eclipse is caused when the shadow of the Moon falls on the earth, and a lunar eclipse is caused when the shadow of the earth falls on the Moon. The orbit of the Moon around the earth and the orbit of the earth around the Sun are tilted at about 5 degrees. This is why we do not get a solar eclipse every new Moon or a lunar eclipse every full Moon.
Of course, the explanation for eclipses was not known in very ancient times, when most cultures thought that some demon or animal was trying to eat the eclipsed object. For example, it was a dragon for Chinese, giant frog for Vietnamese, dogs for Koreans, wolves for Norse, giant bird for Hungarians, giant bear for Buryats in Siberia, jaguar for Tobas of South America, giant snake for Mayans, bear for Pomo native americans, and Rahu and Ketu for us Indians. Most civilisations thought that eclipses were bad omens. Hence, there was a tremendous pressure on ancient astronomers to predict them accurately.
The earliest mention of eclipses were in oracle bones 3000 years ago in China. The first recorded total solar eclipse was on 15 June 763 B.C. in Assyria, though eclipses have been talked about since 2300 B.C. in Babylon. Ironically, it was their fear that made these cultures keep meticulous records of every eclipse, which led astronomers to discover a pattern in their occurrences, called Saros cycles. These patterns were used to predict eclipses in the last few centuries B.C. The first correct explanation of eclipses was given by the Greek Anaxagorus in 5 th century B.C. With this new understanding, based on the motion of the Sun and the Moon, astronomers like Hipparchus could now predict eclipses. Like in all branches of science, progress occurred by an exchange of ideas across cultures.
In India too, eclipses were seen as something to be feared, and as bad omens. The earliest mention is in the Rg Veda which states that the asura Svarbhanu pierces the Sun with darkness, who is then rescued by the sage Atri. At a later time, Svarbhanu is identified with Rahu and in the famous story of the churning of nectar, Svarbhanu is beheaded, and the bodyless head, Rahu, causes the eclipses. Ketu was earlier used to denote comets and meteors and it is only in much later texts that Ketu is identified with the head-less body of Svarbhanu. Astronomy knowledge itself grew during this period, with the Vedanga Jyotisha and other texts. However, not many records exist from this time, until the last centuries B.C.when there was extensive interaction between Indian and Greek astronomy, when concepts of the zodiac and astrology are believed to have entered India. Indian astronomy assimilated this new knowledge and vastly improved on them, and in turn, influenced the Chinese and the Arabs.
Indian astronomy was revolutionised with the arrival of Aryabhata. Born in 476 C.E. in present day Patna, during the Gupta period, he shook the world of astronomy and maths. In the fourth part of his only surviving work, the Aryabhatiya, he made some astonishing claims for its day. He states that the earth is spherical in shape and rotates about its axis once a day. Notably, Aryabhata dispenses with Rahu and Ketu, explains eclipses as due to shadows of the earth and the Moon, and describes how to calculate their timing and their size. He was not afraid of refuting traditional wisdom if it did not agree with reality. However, Aryabhata was ridiculed by other astronomers for his claims which went against prevalent orthodoxy. Even Varahamihira (born 505 C.E.) and Brahmagupta (born 598 C.E.) criticised his claim that the earth rotated once a day around its axis. Even though every astronomer since his time followed and expanded on the work of Aryabhata, they sometimes had to subscribe to the predominant view that had started identifying Rahu and Ketu with the ascending and descending nodes in the Moon’s orbit. Lalla (720 C.E. present day Gujarat) was one of the few astronomers who refuted the Rahu/Ketu theory of eclipses. The Indian subcontinent has had a long history of astronomers who tried to understand the world through scientific means, while disregarding or even opposing prevalent myths and beliefs.
We now know that a solar eclipse happens when the Moon’s shadow falls on a region on earth. Many people believe that harmful radiation is emitted during an eclipse, which is without any basis in reality. The Sun constantly emits light and energetic particles. However, these are emitted all the time, and life has evolved on earth under these conditions over billions of years. During a solar eclipse, all of this emission is less, not more. These fears are even more unfounded for a lunar eclipse, since the reflected light from the Moon is miniscule compared to the light from the Sun. Also, the gravitational force on you due to the Moon is not much more than that due to a large hill or from a multi-storey apartment if you stand next to one. Hence even this cannot be a reason to fear solar eclipses. Believing in unfounded superstitions can be harmful. There are numerous cases of pregnant women refusing to accede to delivery during an eclipse, against the advice of their doctors. In Mominpura near Gulbarga in Karnataka, 60 children were buried neck deep in mud for 6 hours during the solar eclipse of 2009. Doctors and scientists have repeatedly stated that eclipses have no harmful effects on us. However, not everyone in India hides at home during eclipses. Peoples Science Movements like Navnirmiti had distributed 5 lakh eclipses glasses during the previous solar eclipses in India, and had arranged public viewing camps. For example, during the total solar eclipse of 2009, the government of Bihar had provided infrastructure and even food for multitudes of people who had come to Taregna to see it. The main reason why we should see eclipses is that they are one of the most beautiful sights one can witness. Now and then, the universe steps into our life with an eclipse and makes us aware not just of the sheer vastness of space, but also of how the seemingly unchanging sky is actually a place of constant motion. Let us not let these rare events go by, cowering in our houses, scared of something that we now actually understand extremely well.
Eclipses continue to be important scientifically even in modern times. The discovery of the corona (the atmosphere of the Sun), the discovery of Helium from India and the confirmation of Einstein’s theory of gravity were all done during total solar eclipses. Even today, Indian astronomers study eclipses. Astronomers at CESSI, IISER Kolkata have predicted the shape of the corona that will be seen during the 21 Aug 2017 solar eclipse, visible in the USA, and are eagerly waiting to see if their theories will be proven right. Many groups in the USA will be broadcasting this eclipse live online. The next total lunar eclipses that we can see from India will be on 31 Jan 2018 and 27 July 2018. We will also see two annular solar eclipses (when the Moon appears a bit smaller than the Sun and cannot completely cover it) on 26 Dec 2019 (southern India) and 21 June 2020 (west and north India). The next total solar eclipse will be on 20 Mar 2034, visible from J&K. Don’t miss them!
Written by Dr Niruj Ramanujam, National Centre for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) and Dr. T. V. Venkateswaran, Vigyan Prasar, DST. Both authors are members of the Public Outreach and Education Committee of the Astronomical Society of India。


とても興味深く読みました:

再生核研究所声明377 (2017.8.3): ゼロの意味について

ゼロ除算について考察を深めているが、それは当然ゼロの意味を究めることに繋がる。 そこでゼロ自身についても触れてきた:
再生核研究所声明311(2016.07.05) ゼロ0とは何だろうか
この要旨は: 
数字のゼロとは、実数体あるいは複素数体におけるゼロであり、四則演算で、加法における単位元(基準元)で、和を考える場合、何にゼロを加えても変わらない元として定義される。
座標系の導入における 位置の基準点を定めること。
複素平面では立体射影した場合における無限遠点が正しくゼロに対応する点である。
全ての直線はある意味で、原点、基準点を通ることが示されるが、これは無限遠点の影が投影されていると解釈され、原点はこの意味で2重性を有している、無限遠点と原点が重なっている現象を表している。古来、ゼロと無限の関係は何か通じていると感じられてきたが、その意味が、明らかになってきていると言える。
再生核研究所声明297(2016.05.19) 豊かなゼロ、空の世界、隠れた未知の世界
要旨は:
微分方程式のある項を落とした場合の解と落とす前の解を結び付ける具体的な方法として、ゼロ除算の解析の具体的な応用がある事が分かった。この事実は、広く世の現象として、面白い視点に気づかせたので、普遍的な現象として、生きた形で表現したい。
ある項を落とした微分方程式とは、逆に言えば、与えられた微分方程式はさらに 複雑な微分方程式において、沢山の項を落として考えられた簡略の微分方程式であると考えられる。どのくらいの項を落としたかと考えれば、限りない項が存在して、殆どがゼロとして消された微分方程式であると見なせる。この意味で、ゼロの世界は限りなく広がっていると考えられる。
このような視点で、人間にとって最も大事なことは 何だろうか。それは、個々の人間も、人類も 大きな存在の中の小さな存在であることを先ず自覚して、背後に存在する大いなる基礎、環境に畏敬の念を抱き、謙虚さを保つことではないだろうか。この視点では日本古来の神道の精神こそ、宗教の原点として大事では ないだろうか。未知なる自然に対する畏敬の念である。実際、日本でも、世界各地でも人工物を建設するとき、神事を行い、神の許しを求めてきたものである。その心は大いなる存在と人間の調和を志向する意味で人間存在の原理ではないだろうか。それはそもそも 原罪の概念そのものであると言える。
発想における最も大事なことに触れたが、表現したかった元を回想したい。― それは存在と非存在の間の微妙な有り様と非存在の認知できない限りない世界に想いを致す心情そのものであった。無数とも言える人間の想いはどこに消えて行ったのだろうか。先も分からず、由来も分からない。世の中は雲のような存在であると言える。

上記2件は、ゼロが基準を表すこと、無限や無限遠点の表現になっていること、消えて行った世界の神秘的な性質を述べている。
ここ3年、広くゼロ除算現象を探してきて発見したゼロの性質として、起こりえない現象不可能性を広く表すことが分かった。
そもそもゼロで割る問題とは、最も簡単な方程式 ax=b をa=0の場合に考える事と解釈できる。一般的に考えられる解(一般逆)として、x=0 が得られると解釈できるが、その心として、神は混乱が起きたとき、元に、基準に戻る、最も簡単なものを選択すると理解できるが、これは、不可能性をも表現していると言える。 これは新しい視点である。b=0 の時の解 x=0はもともとの意味でのゼロであるが、b がゼロでない時の解x=0 は不可能性を表すゼロであると言える。ゼロの2面性を主張したい。不可能性を表す例はゼロ除算の発現を広く探している折に発見された新しい視点である。
無限とは、極限値の概念で捉えられるが、定まった数のようにも扱われている。数としての無限は曖昧である。
ところが、無限大は、無限遠点は ゼロで表されることが発見され、また証明も与えられた、これはゼロ除算から導かれたが、同時にゼロの新しい意味をも受け入れる必要がある。ゼロが不可能性をも表現しているという事実である。
水平方向にx軸、鉛直上方方向にy軸をとる。 原点から,角アルファで初速度v_0
で質点を投射する。最高到達点の高さ、水平到達点までの距離、最高到達点に至るまでの時間など、引力がなければ(g=0の場合を考える)、どんどん飛んでいき無限の彼方まで、これが従来の表現であるが、ゼロ除算では、最高到達点の高さ、水平到達点までの距離、最高到達点に至るまでの時間などは全てゼロで表される。
                                     以 上
The division by zero is uniquely and reasonably determined as 1/0=0/0=z/0=0 in the natural extensions of fractions. We have to change our basic ideas for our space and world

Division by Zero z/0 = 0 in Euclidean Spaces
Hiroshi Michiwaki, Hiroshi Okumura and Saburou Saitoh
International Journal of Mathematics and Computation Vol. 28(2017); Issue  1, 2017), 1
-16. 
http://www.scirp.org/journal/alamt   http://dx.doi.org/10.4236/alamt.2016.62007
http://www.ijapm.org/show-63-504-1.html

http://www.diogenes.bg/ijam/contents/2014-27-2/9/9.pdf

Relations of 0 and infinity
Hiroshi Okumura, Saburou Saitoh and Tsutomu Matsuura:
http://www.e-jikei.org/…/Camera%20ready%20manuscript_JTSS_A…

再生核研究所声明371(2017.6.27)ゼロ除算の講演― 国際会議 https://sites.google.com/site/sandrapinelas/icddea-2017 報告

http://ameblo.jp/syoshinoris/theme-10006253398.html

1/0=0、0/0=0、z/0=0
http://ameblo.jp/syoshinoris/entry-12276045402.html

1/0=0、0/0=0、z/0=0
http://ameblo.jp/syoshinoris/entry-12263708422.html

1/0=0、0/0=0、z/0=0
http://ameblo.jp/syoshinoris/entry-12272721615.html

再生核研究所声明3572017.2.17Brahmagupta の名誉回復と賞賛を求める。

再生核研究所声明 339で 次のように述べている:

世界史と人類の精神の基礎に想いを致したい。ピタゴラスは 万物は数で出来ている、表されるとして、数学の重要性を述べているが、数学は科学の基礎的な言語である。ユークリッド幾何学の大きな意味にも触れている(再生核研究所声明315(2016.08.08) 世界観を大きく変えた、ユークリッドと幾何学)。しかしながら、数体系がなければ、空間も幾何学も厳密には 表現することもできないであろう。この数体系の基礎はブラーマグプタ(Brahmagupta、598年 – 668年?)インド数学者天文学者によって、628年に、総合的な数理天文書『ブラーマ・スプタ・シッダーンタ』(ब्राह्मस्फुटसिद्धान्त Brāhmasphuṭasiddhānta)の中で与えられ、ゼロの導入と共に四則演算が確立されていた。ゼロの導入、負の数の導入は数学の基礎中の基礎で、西欧世界がゼロの導入を永い間嫌っていた状況を見れば、これらは世界史上でも顕著な事実であると考えられる。最近ゼロ除算は、拡張された割り算、分数の意味で可能で、ゼロで割ればゼロであることが、その大きな影響とともに明らかにされてきた。しかしながら、 ブラーマグプタは その中で 0 ÷ 0 = 0 と定義していたが、奇妙にも1300年を越えて、現在に至っても 永く間違いであるとされている。現在でも0 ÷ 0について、幾つかの説が存在していて、現代数学でもそれは、定説として 不定であるとしている。最近の研究の成果で、ブラーマグプタの考えは 実は正しかった ということになる。 しかしながら、一般の ゼロ除算については触れられておらず、永い間の懸案の問題として、世界を賑わしてきた。現在でも議論されている。ゼロ除算の永い歴史と問題は、次のアインシュタインの言葉に象徴される:

Blackholes are where God divided by zero. I don't believe in mathematics. George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist re-
marked 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.

物理学や計算機科学で ゼロ除算は大事な課題であるにも関わらず、創始者の考えを無視し、割り算は 掛け算の逆との 貧しい発想で 間違いを1300年以上も、繰り返してきたのは 実に残念で、不名誉なことである。創始者は ゼロの深い意味、ゼロが 単純な算数・数学における意味を越えて、ゼロが基準を表す、不可能性を表現する、神が最も簡単なものを選択する、神の最小エネルギーの原理、すなわち、神もできれば横着したいなどの世界観を感じていて、0/0=0 を自明なもの と捉えていたものと考えられる。実際、巷で、ゼロ除算の結果や、適用例を語ると 結構な 素人の人々が 率直に理解されることが多い。
1300年間も 創始者の結果が間違いであるとする 世界史は修正されるべきである、間違いであるとの不名誉を回復、数学の基礎の基礎である算術の確立者として、世界史上でも高く評価されるべきである。 真智の愛、良心から、厚い想いが湧いてくる。

                               以 上

再生核研究所声明316(2016.08.19) ゼロ除算における誤解

(2016年8月16日夜,風呂で、ゼロ除算の理解の遅れについて 理由を纏める考えが独りでに湧いた。)
                                                     
6歳の道脇愛羽さんたち親娘が3週間くらいで ゼロ除算は自明であるとの理解を示したのに、近い人や指導的な数学者たちが1年や2年を経過してもスッキリ理解できない状況は 世にも稀なる事件であると考えられる。ゼロ除算の理解を進めるために その原因について、掘り下げて纏めて置きたい。
まず、結果を聞いて、とても信じられないと発想する人は極めて多い。割り算の意味を自然に拡張すると1/0=0/0=z/0 となる、関数y=1/xの原点における値がゼロであると結果を表現するのであるが、これらは信じられない、このような結果はダメだと始めから拒否する理由である。
先ずは、ゼロでは割れない、割ったことがない、は全ての人の経験で、ゼロの記録Brahmagupta(598– 668?) 以来の定説である。しかも、ゼロ除算について天才、オイラーの1/0を無限大とする間違いや、不可能性についてはライプニッツ、ハルナックなどの言明があり、厳格な近代数学において確立した定説である。さらに、ゼロ除算についてはアインシュタインが最も深く受け止めていたと言える:(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 {\bf the biggest blunder of his life} :Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970.)。
一様に思われるのは、割り算は掛け算の逆であり、直ぐに不可能性が証明されてしまうことである。ところが、上記道脇親娘は 割り算と掛け算は別であり、割り算は、等分の考えから、掛け算ではなく、引き算の繰り返し、除算で定義されるという、考えで、このような発想から良き理解に達したと言える。
ゼロで割ったためしがないので、ゼロ除算は興味も、関心もないと言明される人も多い。
また、割り算の(分数の)拡張として得られた。この意味は結構難しく、何と、1/0=0/0=z/0 の正確な意味は分からないというのが 真実である。論文ではこの辺の記述は大事なので、注意して書いているが 真面目に論文を読む者は多いとは言えないないから、とんでもない誤解をして、矛盾だと言ってきている。1/0=0/0=z/0 らが、普通の分数のように掛け算に結びつけると矛盾は直ぐに得られてしまう。したがって、定義された経緯、意味を正確に理解するのが 大事である。数学では、定義をしっかりさせる事は基本である。― ゼロ除算について、情熱をかけて研究している者で、ゼロ除算の定義をしっかりさせないで混乱している者が多い。
次に関数y=1/xの原点における値がゼロである は 実は定義であるが、それについて、面白い見解は世に多い。アリストテレス(Aristotelēs、前384年 - 前322年3月7日)の世界観の強い影響である。ゼロ除算の歴史を詳しく調べている研究者の意見では、ゼロ除算を初めて考えたのはアリストテレスで真空、ゼロの比を考え、それは考えられないとしているという。ゼロ除算の不可能性を述べ、アリストテレスは 真空、ゼロと無限の存在を嫌い、物理的な世界は連続であると考えたという。西欧では アリストテレスの影響は大きく、聖書にも反映し、ゼロ除算ばかりではなく、ゼロ自身も受け入れるのに1000年以上もかかったという、歴史解説書がある。ゼロ除算について、始めから国際的に議論しているが、ゼロ除算について異様な様子の背景にはこのようなところにあると考えられる。関数y=1/xの原点における値が無限に行くと考えるのは自然であるが、それがx=0で突然ゼロであるという、強力な不連続性が、感覚的に受け入れられない状況である。解析学における基本概念は 極限の概念であり、連続性の概念である。ゼロ除算は新規な現象であり、なかなか受け入れられない。
ゼロ除算について初期から交流、意見を交わしてきた20年来の友人との交流から、極めて基本的な誤解がある事が、2年半を越えて判明した。勿論、繰り返して述べてきたことである。ゼロ除算の運用、応用についての注意である。
具体例で注意したい。例えば簡単な関数 y=x/(x -1) において x=1 の値は 形式的にそれを代入して 1/0=0 と考えがちであるが、そのような考えは良くなく、y = 1 + 1/(x -1) からx=1 の値は1であると考える。関数にゼロ除算を適用するときは注意が必要で、ゼロ除算算法に従う必要があるということである。分子がゼロでなくて、分母がゼロである場合でも意味のある広い世界が現れてきた。現在、ゼロ除算算法は広い分野で意味のある算法を提起しているが、詳しい解説はここでは述べないことにしたい。注意だけを指摘して置きたい。
ゼロ除算は アリストテレス以来、あるいは西暦628年インドにおけるゼロの記録と、算術の確立以来、またアインシュタインの人生最大の懸案の問題とされてきた、ゼロで割る問題 ゼロ除算は、本質的に新しい局面を迎え、数学における基礎的な部分の欠落が明瞭になってきた。ここ70年を越えても教科書や学術書における数学の基礎的な部分の変更 かつて無かった事である。と述べ、大きな数学の改革を提案している:
再生核研究所声明312(2016.07.14) ゼロ除算による 平成の数学改革を提案する

以 上

再生核研究所声明335(2016.11.28)  ゼロ除算における状況

ゼロ除算における状況をニュース方式に纏めて置きたい。まず、大局は:
アリストテレス以来、あるいは西暦628年インドにおけるゼロの記録と、算術の確立以来、またアインシュタインの人生最大の懸案の問題とされてきた、ゼロで割る問題 ゼロ除算は、本質的に新しい局面を迎え、数学における初歩的な部分の欠落が明瞭になってきた。ここ70年を越えても教科書や学術書における数学の初歩的な部分の期待される変更 かつて無かった事である。ユークリッドの考えた空間と解析幾何学などで述べられる我々の空間は実は違っていた。いわゆる非ユークリッド幾何学とも違う空間が現れた。不思議な飛び、ワープ現象が起きている世界である。ゼロと無限の不思議な関係を述べている。これが我々の空間であると考えられる。
1.ゼロ除算未定義、不可能性は 割り算の意味の自然な拡張で、ゼロで割ることは、ゼロ除算は可能で、任意の複素数zに対してz/0=0であること。もちろん、普通の分数の意味ではないことは 当然である。ところが、数学や物理学などの多くの公式における分数は、拡張された分数の意味を有していることが認められた。ゼロ除算を含む、四則演算が何時でも自由に出来る簡単な体の構造、山田体が確立されている。ゼロ除算の結果の一意性も 充分広い世界で確立されている。
2.いわゆる複素解析学で複素平面の立体射影における無限遠点は1/0=0で、無限ではなくて複素数0で表されること。
3. 円に関する中心の鏡像は古典的な結果、無限遠点ではなくて、実は中心それ自身であること。球についても同様である。
4.       孤立特異点で 解析関数は有限確定値をとること。その値が大事な意味を有する。ゼロ除算算法。
5. x,y 直交座標系で y軸の勾配は未定とされているが、実はゼロであること;  \tan (\pi/2) =0. ― ゼロ除算算法の典型的な例。
6. 直線や平面には、原点を加えて考えるべきこと。平行線は原点を共有する。原点は、直線や平面の中心であること。この議論では座標系を固定して考えることが大事である。
7. 無限遠点に関係する図形や公式の変更。ユークリッド空間の構造の変更、修正。
8. 接線法線の考えに新しい知見。曲率についての定義のある変更。
9. ゼロ除算算法の導入。分母がゼロになる場合にも、分子がゼロでなくても、ゼロになっても、そこで意味のある世界。いろいろ基本的な応用がある。
10.従来微分係数が無限大に発散するとされてきたとき、それは 実はゼロになっていたこと。微分に関する多くの公式の変更。
11.微分方程式の特異点についての新しい知見、特異点で微分方程式を満たしているという知見。極で値を有することと、微分係数が意味をもつことからそのような概念が生れる。
12.図形の破壊現象の統一的な説明。例えば半径無限の円(半平面)の面積は、実はゼロだった。
13.確定された数としての無限大、無限は排斥されるべきこと。
14.ゼロ除算による空間、幾何学、世界の構造の統一的な説明。物理学などへの応用。
15.解析関数が自然境界を超えた点で定まっている新しい現象が確認された。
16.領域上で定義される領域関数を空間次元で微分するという考えが現れた。
17.コーシー主値やアダマール有限部分に対する解釈がゼロ除算算法で発見された。
18.log 0=0、 及び e^0 が2つの値1,0 を取ることなど。初等関数で、新しい値が発見された。

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