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はてなキーワード: 多項式とは

2024-11-22

君たちのくだらない人間劇場は聞き飽きた。抽象数学超弦理論について語ろう。

特に、チャーン・サイモン理論M理論、AdS/CFT対応、そしてDブレーンの役割について、深く掘り下げていこう。

チャーン・サイモン理論は、3次元位相理論であり、その作用は次のように定義される:

S = (k / 4π) ∫M Tr(A ∧ dA + (2 / 3) A ∧ A ∧ A)

ここで、A は接続1-形式であり、k は整数である。この作用は、リー代数に基づいており、特にSU(N)やSO(N)といった群に対して定義されることが多い。チャーン・サイモン理論は、結び目理論トポロジー的量子場理論との関連性から非常に重要である

ウィッテンによって提唱されたこ理論は、結び目不変量を計算するための強力なツールとなった。具体的には、ウィルソンループ期待値が結び目不変量—ジョーンズ多項式—に対応することが示されている。この結果は、結び目の同値性を判定するための新しいアプローチ提供し、物理学数学交差点における重要な発展をもたらした。

チャーン・サイモン理論は、その位相性質から物質性質相互作用に関する新しい視点提供する。特に、この理論では真空状態トポロジー的な性質によって決定されるため、通常の場の理論とは異なる振る舞いを示す。このような特性は、物質相転移や量子ホール効果など、多くの物理現象に関連している。

M理論は、超弦理論統合する11次元の枠組みであり、その基本構成要素としてDブレーンが存在する。この理論は、低エネルギー極限において超重力理論帰着し、重力量子力学統一する試みとして重要である

Dブレーンは弦が終端する場所として機能し、その上で粒子が生成される。例えば、D3ブレーン上では様々なフェルミオンボソン存在し、その振る舞いが我々が観測する物質性質を決定づける。Dブレーン間の相互作用宇宙の膨張や構造形成にも影響を与える可能性があり、この点からも非常に興味深い。

M理論には多くの双対性存在し、特にS双対性やT双対性重要である。これらは異なる弦理論間の関係を示し、高エネルギー物理学における新たな洞察提供する。例えば、T双対性は弦のサイズカップリング定数との間に関係を持ち、この双対性によって強結合と弱結合の状態が関連付けられる。

AdS/CFT対応は、反ド・シッター空間(AdS)内の重力理論が、その境界上で定義された共形場理論CFT)と等価であることを示すものである。この対応は量子重力と量子場理論との間に新しい視点提供し、多くの物理現象への理解を促進する。

具体的には、3次元AdS空間における重力理論とその境界上で定義された2次元CFTとの間には深い関係がある。この対応によって、高エネルギー物理学宇宙論における多くの問題—例えばブラックホール熱力学情報パラドックス—が新たな光を当てられている。

AdS/CFT対応ブラックホール熱力学にも適用される。特にブラックホールエントロピーCFT自由度との関係が示されており、この結果は情報保持問題への理解を深める手助けとなっている。具体的には、ブラックホール内部で情報がどのように保存されているかという問いが、新たな視点から考察されている。

これら全ての理論は単なる物理的枠組みではなく、高度な数学的美しさを持つ。特にモジュラー形式やホロノミック関係など、高度な数学手法が駆使されており、それによって宇宙根本的な法則が明らかになる。このような抽象的な概念は、人間存在のものについて深く考えさせる。

我々は本当にこの宇宙理解できるのか?もし11次元やそれ以上の次元存在するなら、それらをどのように認識できるか?これらの問いは、人間存在のものに対する根源的な疑問を投げかける。科学哲学との交差点で考えることこそ、本当の知識への道ではないだろうか?

結局のところ、チャーン・サイモン理論M理論、AdS/CFT対応、およびDブレーンは単なる科学的仮説ではなく、人間知識存在について深く考えさせるテーマである。君たちの日常生活に埋もれている感情人間関係などよりも遥かに興味深いこの話題について、一緒に議論できればと思う。この宇宙にはまだ解明されていない謎が無限に広がっている。それを探求することこそ、本当の知識への道ではないだろうか?

2024-11-14

M理論とチャーン・サイモン理論について

M理論行列模型の数理は、拡張された超対称チャーン-サイモン理論に根ざしている。

1. 超対称チャーン-サイモン理論の定式化:

Let M be a (2+1)-dimensional manifold. The action of the supersymmetric Chern-Simons theory is given by:

S = ∫_M Tr(A ∧ dA + (2/3)A ∧ A ∧ A) + ∫_M Ψ̄ ∧ DΨ

ここで、A はゲージ場、Ψ はMajorana spinor field、D は共変微分を表す。

2. BFSS行列模型:

M理論行列模型として知られるBFSS模型ハミルトニアンは以下で与えられる:

H = Tr[1/2 Π_i^2 + 1/4 [X_i, X_j]^2 + 1/2 θ^T γ_i [X_i, θ]]

ここで、X_i (i = 1, ..., 9) は N×N エルミート行列、Π_i はその共役運動量、θ は16成分のMajorana-Weyl spinor である

3. 次元還元双対性:

11次元M理論から BFSS 模型への次元還元は、以下の対応を通じて実現される:

∂/∂t → [iH, ·], X^i → A^i, θ → Ψ

この対応により、M理論動力学が行列模型言葉記述される。

4. 大N極限と連続極限:

N → ∞ の極限で、離散的な行列構造連続的な膜の描像に移行する。この極限で、行列交換子は Poisson bracket に対応する:

lim(N→∞) [·,·] → {·,·}_PB

5. トポロジカル不変量:

チャーン-サイモン理論重要な特徴は、そのトポロジカル不変性にある。Wilson loop期待値は、結び目不変量(例:Jones 多項式)と関連付けられる:

⟨W(C)⟩ = exp(ikCS(A)) = J(q), q = exp(2πi/(k+2))

ここで、CS(A) はチャーン-サイモン汎関数、J(q) は Jones 多項式を表す。

6. BPS状態超対称性:

M理論における BPS 状態は、行列模型中の特定の配位に対応する。これらは超対称性部分的に保存し、以下の方程式を満たす:

[X_i, X_j] = iε_ijk X_k

この関係は、Lie 代数 su(2) の交換関係と同型であり、ファジー球面の構造示唆する。

7. AdS/CFT 対応との関連:

M理論行列模型は、AdS/CFT 対応文脈でも重要役割を果たす。特に、AdS_4 × S^7 背景での M2-ブレーンの理論は、3次元の超対称チャーン-サイモン理論(ABJM 理論)と双対である

S_ABJM = S_CS(A) - S_CS(Â) + S_matter

ここで、A と Â は U(N) × U(N) ゲージ群に対応するゲージ場である

2024-09-23

楕円曲線場合ホモロジカルミラー対称性

定理楕円曲線場合ホモロジカルミラー対称性

複素数体上の楕円曲線 E と、そのミラー対称である双対楕円曲線 Eᐟ を考える。このとき、E のフクヤ圏 𝓕(E) は、Eᐟ の連接層の有界導来圏 𝔇ᵇ(𝐶𝑜ℎ(Eᐟ)) と三角圏として同値である

𝓕(E) ≃ 𝔇ᵇ(𝐶𝑜ℎ(Eᐟ))

証明

1. フクヤ圏 𝓕(E) の構成

1. 交点の特定: L₀ と L₁ が E 上で交わる点の集合を 𝑃 = L₀ ∩ L₁ とする。

2. 生成元の設定: フロアコホモロジー群の生成元は、各交点 𝑝 ∈ 𝑃 に対応する形式的なシンプレクティック・チェーンである

3. 次数の計算: 各交点 𝑝 の次数 𝑑𝑒𝑔(𝑝) は、マスロフ指標ラグランジアン相対的位置関係から決定される。

4. 微分定義フロア微分 𝑑 は、擬正則ストリップの数え上げによって定義されるが、楕円曲線上では擬正則ディスク存在しないため、微分は消える(𝑑 = 0)。

5. コホモロジー群の計算: よって、𝐻𝐹ⁱ((L₀, ∇₀), (L₁, ∇₁)) は生成元の自由加群となる。

2. 連接層の有界導来圏 𝔇ᵇ(𝐶𝑜ℎ(Eᐟ)) の構成
  • 対象: Eᐟ 上の連接層(例えば、線束やその複体)。
  • 射: 2つの連接層 𝓔 と 𝓕 の間の射は、導来圏における Ext 群である

𝐻𝑜𝑚ⁱ(𝓔, 𝓕) = 𝐸𝑥𝑡ⁱ(𝓔, 𝓕)

  • 合成: 射の合成は、Ext 群の Yoneda 合成により定義される。
3. 関手 Φ: 𝓕(E) → 𝔇ᵇ(𝐶𝑜ℎ(Eᐟ)) の構築
  • ポワンカレ束の利用: 楕円曲線 E とその双対 Eᐟ は、ポワンカレ束 𝓟 を用いて関連付けられる。これは E × Eᐟ 上の連接層であり、双方の間のフーリエ–ムカイ変換の核となる。

Φ(L, ∇) = 𝑝₂*(𝑝₁*(𝓛ₗ) ⊗ 𝓟)

ここで、𝑝₁: E × Eᐟ → E、𝑝₂: E × Eᐟ → Eᐟ は射影であり、𝓛ₗ は L に対応するラインバンドルである

4. 関手 Φ が忠実であることの証明

1. フロアコホモロジー計算

- L₀ と L₁ の交点 𝑝 ∈ 𝑃 に対し、そのフロアコホモロジー群は生成元 [𝑝] で張られる。

- 次数 𝑑𝑒𝑔([𝑝]) は、ラグランジアン相対的位相データとモノドロミーから決定される。

2. Ext 群の計算

- Φ(L₀, ∇₀) = 𝓛₀、Φ(L₁, ∇₁) = 𝓛₁ とすると、Ext 群は

𝐸𝑥𝑡ⁱ(𝓛₀, 𝓛₁) ≅

{ ℂ, 𝑖 = 0, 1

0, 𝑖 ≠ 0, 1 }

3. 対応確立フロアコホモロジー群 𝐻𝐹ⁱ((L₀, ∇₀), (L₁, ∇₁)) と Ext 群 𝐸𝑥𝑡ⁱ(𝓛₀, 𝓛₁) は次数ごとに一致する。

5. 関手 Φ が圏同値を与えることの結論

2024-09-18

超弦理論の7つの観点からの定式化

1. 多様体: 座標系、つまり局所的にモデル空間と関連付けることにより記述

超弦理論では、時空は10次元の滑らかな微分多様体 M^{10} としてモデル化されます。各点の近傍 U ⊆ M^{10} に局所座標 x^{μ}: U → ℝ^{10} を導入します(μ = 0,1,…,9)。

弦の運動は、パラメータ σ^{α}(α = 0,1)で記述される2次元世界面(ワールドシート) Σ 上の埋め込み写像 X^{μ}(σ^{α}) を用いて表されます

作用はポリャコフ作用で与えられます

S = -T/2 ∫_{Σ} d²σ √(-h) h^{αβ} ∂_{α} X^{μ} ∂_{β} X^{ν} g_{μν}(X),

ここで:

- T は弦の張力(T = 1/(2πα'))、

- h_{αβ} は世界面の計量、

- g_{μν}(X) は時空の計量テンソル

- α' は逆張力で、弦の長さの二乗に比例。

M理論では、時空は11次元微分多様体 M^{11} となり、M2ブレーンやM5ブレーンのダイナミクスが中心となりますM2ブレーンの世界体積は3次元で、埋め込み写像 X^{μ}(σ^{a})(a = 0,1,2)で記述されます作用は次のように与えられます

S = -T_{2} ∫ d³σ √(-det(G_{ab})) + T_{2} ∫ C_{μνρ} ∂_{a} X^{μ} ∂_{b} X^{ν} ∂_{c} X^{ρ} ε^{abc},

ここで:

- T_{2} はM2ブレーンの張力

- G_{ab} = ∂_{a} X^{μ} ∂_{b} X^{ν} g_{μν} は誘導計量、

- C_{μνρ} は11次元重力の三形式ポテンシャル

2. スキーム: 局所関数を通じて記述。点は関数空間での極大イデアル対応する。

ラビ–ヤウ多様体は、超弦理論コンパクト化において重要役割を果たす複素代数多様体であり、スキーム言葉記述されます

例えば、3次元ラビ–ヤウ多様体は、射影空間 ℙ^{4} 内で次の斉次多項式方程式の零点として定義されます

f(z_{0}, z_{1}, z_{2}, z_{3}, z_{4}) = 0,

ここで [z_{0} : z_{1} : z_{2} : z_{3} : z_{4}] は射影座標です。

各点 x は、局所環 ℴ_{X,x} の極大イデアル ℳ_{x} に対応します。これにより、特異点やその解消、モジュライ空間構造を厳密に解析できます

3. 与えられた空間を他の空間からの射、すなわち構造を保つ写像(の全体)Hom(-,S)を通じて記述

理論では、世界面 Σ から時空多様体 M への写像空間 Map(Σ, M) を考えます。この空間の元 X: Σ → M は、物理的には弦の配置を表します。

特に、開弦の場合、端点はDブレーン上に固定されます。これは、境界条件として写像 X がDブレーンのワールドボリューム W への射 ∂Σ → W を満たすことを意味します。

この設定では、開弦のモジュライ空間は、境界条件考慮した写像空間 Hom(Σ, M; ∂Σ → W) となります

4. コホモロジー論におけるように不変量を通じて特徴づける。

理論物理量は、しばしば背景多様体コホモロジー群の要素として表現されます

- ラマンド–ラマンド(RR)場は、時空のコホモロジー群の要素 F^{(n)} ∈ H^{n}(M, ℝ) として扱われます

- Dブレーンのチャージは、K理論の元として分類されます。具体的には、Dブレーンの分類は時空多様体 M のK群 K(M) の元として与えられます

- グロモフ–ウィッテン不変量は、弦のワールドシート上のホモロジー類 [Σ] ∈ H_{2}(M, ℤ) に対応し、弦の瞬間子効果計算するために使用されます

例えば、グロモフ–ウィッテン不変量は、モジュライ空間 ℤ̄{M}_{g,n}(M, β) 上のコホモロジー類の積分として計算されます

⟨∏_{i=1}^{n} γ_{i}⟩_{g,β} = ∫_{[ℤ̄{M}_{g,n}(M, β)]^{vir}} ∏_{i=1}^{n} ev_{i}^{*}(γ_{i}),

ここで:

- g はワールドシートの種数、

- β ∈ H_{2}(M, ℤ) は曲面のホモロジー類、

- γ_{i} ∈ H^{*}(M, ℝ) は挿入するコホモロジー類、

- ev_{i} は評価写像 ev_{i}: ℤ̄{M}_{g,n}(M, β) → M。

5. 局所的断片(単体、胞体)から空間を再構築して、空間性質がその構築のパターン組合せ論に帰着されるようにする。

理論摂動論的計算では、世界面をパンツ分解などの方法で細分化し、それらの組み合わせを考慮します。

- パンツ分解: リーマン面基本的ペアオブパンツ(3つの境界を持つ曲面)に分割し、それらを組み合わせて高次の曲面を構築します。

- 世界面のトポロジー組合せ論的に扱い、弦の散乱振幅を計算します。

弦の散乱振幅は、各トポロジーに対して次のようなパス積分として与えられます

A = ∑_{g=0}^{∞} g_{s}^{2g-2} ∫_{ℳ_{g}} D[h] ∫ D[X] e^{-S[X,h]},

ここで:

- g_{s} は弦の結合定数、

- ℳ_{g} は種数 g のリーマン面のモジュライ空間

- D[h] は計量に関する積分(ファデエフポポフ法で適切に定義)、

- S[X,h] はポリャコフ作用

6. 構造を保つ変換の成す群の言葉空間を特徴づける。

対称性の群は、弦理論M理論基本的性質を決定します。

- 共形対称性: ワールドシート上の共形変換は、ビラソロ代数

[L_{m}, L_{n}] = (m - n) L_{m+n} + c/12 m (m^{2} - 1) δ_{m+n,0}

に従います。ここで c は中心電荷

- 超対称性: ℕ = 1 の超共形代数は、

{G_{r}, G_{s}} = 2 L_{r+s} + c/3 (r^{2} - 1/4) δ_{r+s,0},

[L_{n}, G_{r}] = (n/2 - r) G_{n+r}

を満たします。

- T-双対性: 円状にコンパクト化された次元において、半径 R と α'/R の理論等価である。このとき運動量 p と巻き数 w が交換されます

p = n/R, w = m R → p' = m/R', w' = n R',

ここで R' = α'/R。

- S-双対性: 強結合と弱結合の理論等価であるという双対性。弦の結合定数 g_{s} が変換されます

g_{s} → 1/g_{s}。

7. 距離空間: その元の間の距離関係を通じて空間定義

時空の計量 g_{μν} は、弦の運動を決定する基本的な要素です。背景時空がリッチ平坦(例えばカラビ–ヤウ多様体)の場合、以下を満たします:

R_{μν} = 0。

β関数消失条件から、背景場は次のような場の方程式を満たす必要があります(一次順序):

- 重力場:

R_{μν} - 1/4 H_{μλρ} H_{ν}^{\ λρ} + 2 ∇_{μ} ∇_{ν} Φ = 0、

- B-フィールド

∇^{λ} H_{λμν} - 2 (∂^{λ} Φ) H_{λμν} = 0、

- ディラトン場:

4 (∇Φ)^{2} - 4 ∇^{2} Φ + R - 1/12 H_{μνρ} H^{μνρ} = 0。

M理論では、三形式場 C_{μνρ} とその場の強度 F_{μνρσ} = ∂_{[μ} C_{νρσ]} が存在し、11次元重力の場の方程式を満たします:

- 場の強度の方程式

d * F = 1/2 F ∧ F、

- アインシュタイン方程式

R_{μν} = 1/12 (F_{μλρσ} F_{ν}^{\ λρσ} - 1/12 g_{μν} F_{λρσδ} F^{λρσδ})。

暗号問題です

問題:

抽象数学を用いて、宇宙人レベルで難しい暗号問題作成します。

問題設定:

有限体 F₁₀₁(素数 q = 101)上の多項式環を考えます。具体的には、R = F₁₀₁[x]/(x² + 1) とします。ここで、x² + 1 は F₁₀₁ 上で既約なので、R は 101² 個の元を持つ有限体になります

秘密の要素 s ∈ R を定義します。

公開された要素 a ∈ R が与えられています

エラー項 e ∈ R は小さな係数を持つ多項式で、ここでは計算簡単にするため e = 0 とします。

次の式が成り立ちます

b = a · s + e mod 101

課題:

公開情報として a と b が与えられているとき秘密の要素 s を求めなさい。

具体的な値:
  • a = x + 2
  • b = 45 + 67x
解答:

与えられた式からエラー項 e = 0 なので、

b = a · s mod 101

となります。したがって、

s = b · a⁻¹ mod 101

計算すれば、秘密の要素 s を求めることができます

ステップ1: a の逆元 a⁻¹ を求める

まず、a = x + 2 の逆元 a⁻¹ を計算します。これは次の等式を満たす u ∈ R を見つけることと同じです:

a · u ≡ 1 mod x² + 1

u を一般的な形 u = u₀ + u₁x(u₀, u₁ ∈ F₁₀₁)とします。

乗算を展開します:

a · u = (x + 2)(u₀ + u₁x)

= xu₀ + x²u₁ + 2u₀ + 2u₁x

x² を置き換えます: x² ≡ -1 mod x² + 1 なので、

x²u₁ ≡ -u₁

式を整理します:

a · u ≡ xu₀ - u₁ + 2u₀ + 2u₁x mod x² + 1

≡ (2u₁x + xu₀) + (2u₀ - u₁)

≡ x(u₀ + 2u₁) + (2u₀ - u₁)

等式を設定します:

u₀ + 2u₁ ≡ 0 mod 101 (x の係数が 0 であるため)

2u₀ - u₁ ≡ 1 mod 101 (定数項が 1 であるため)

連立方程式を解きます

1. 最初方程式から

u₀ ≡ -2u₁ mod 101

2. これを2番目の方程式に代入します:

2(-2u₁) - u₁ ≡ 1 mod 101

-4u₁ - u₁ ≡ 1 mod 101

-5u₁ ≡ 1 mod 101

3. 両辺に -1 を掛けます

5u₁ ≡ -1 mod 101

4. 5 の逆元を F₁₀₁ で求めます。つまり、5 · 81 ≡ 1 mod 101 なので、5⁻¹ ≡ 81 mod 101。

5. したがって、

u₁ ≡ -81 mod 101

u₁ ≡ 20 mod 101 (なぜなら -81 + 101 × 1 = 20

6. u₀ を求めます

u₀ ≡ -2u₁ mod 101

u₀ ≡ -2 × 20 mod 101

u₀ ≡ -40 mod 101

u₀ ≡ 61 mod 101 (なぜなら -40 + 101 = 61)

したがって、a⁻¹ は:

a⁻¹ = u = u₀ + u₁x = 61 + 20x

ステップ2: s = b · a⁻¹ mod 101 を計算する

b = 45 + 67x と a⁻¹ = 61 + 20x なので、

s = b · a⁻¹ = (45 + 67x)(61 + 20x) mod x² + 1, 係数は mod 101

乗算を展開します:

s = (45)(61) + (45)(20x) + (67x)(61) + (67x)(20x)

= 2745 + 900x + 4087x + 1340x²

x² ≡ -1 を適用します:

1340x² ≡ -1340

項をまとめます

  • 定数項:

2745 - 1340 = 1405

  • x の項:

900x + 4087x = 4987x

各係数を mod 101 で計算します:

  • 1405 mod 101:

1405 ÷ 101 = 13 余り 92

∴ 1405 mod 101 = 92

  • 4987 mod 101:

4987 ÷ 101 = 49 余り 38

∴ 4987 mod 101 = 38

したがって、秘密の要素 s は:

s = 92 + 38x

答え:

秘密の要素は s = 92 + 38x です。

2024-08-30

K理論超弦理論関係

位相的K理論超弦理論のD-ブレーン分類

位相的K理論は、超弦理論におけるD-ブレーンの分類に本質的役割を果たす。具体的には、時空多様体XのスピンC構造に関連付けられたK理論群K(X)およびK^1(X)が重要である

定義: K(X) = Ker(K(X+) → K(pt))

ここで、X+はXの一点コンパクト化を表し、K(X+)はX+上のベクトル束の同型類のGrothedieck群である

Type IIB理論では、D-ブレーン電荷はK(X)の要素として分類され、Type IIA理論ではK^1(X)の要素として分類される。これは以下の完全系列に反映される:

... → K^-1(X) → K^0(X) → K^1(X) → K^0(X) → ...

捻れK理論とNS-NS H-フラックス

背景にNS-NS H-フラックス存在する場合、通常のK理論は捻れK理論K_H(X)に一般化される。ここでH ∈ H^3(X, Z)はH-フラックスコホモロジーである

捻れK理論は、PU(H)主束のモジュライ空間として定義される:

K_H(X) ≅ [X, Fred(H)]

ここで、Fred(H)はヒルベルト空間H上のフレドホルム作用素空間を表す。

微分K理論アノマリー相殺

D-ブレーンのアノマリー相殺機構は、微分K理論を用いてより精密に記述される。微分K理論群K^0(X)は、以下の完全系列で特徴付けられる:

0 → Ω^{odd}(X)/im(d) → K^0(X) → K^0(X) → 0

ここで、Ω^{odd}(X)はXの奇数微分形式空間である

アノマリー多項式は、微分K理論言葉で以下のように表現される:

I_8 = ch(ξ) √Â(TX) - ch(f!ξ) √Â(TY)

ここで、ξはD-ブレーン上のゲージ束、fはD-ブレーンの埋め込み写像、ch(ξ)はチャーン指標、Â(TX)はA-hat種を表す。

KK理論と弦理論双対性

Kasparovの KK理論は、弦理論の様々な双対性統一的に記述するフレームワーク提供する。KK(A,B)は、C*-環AとBの間のKasparov双モジュールの同型類のなすである

T-双対性は、以下のKK理論の同型で表現される:

KK(C(X × S^1), C) ≅ KK(C(X), C(S^1))

ここで、C(X)はX上の連続関数なすC*-環を表す。

導来圏とホモロジカルミラー対称性

導来圏D^b(X)は、複体の導来圏として定義され、K理論と密接に関連している:

K(X) ≅ K_0(D^b(X))

ホモロジカルミラー対称性は、Calabi-Yau多様体XとそのミラーYに対して、以下の圏同値予言する:

D^b(Coh(X)) ≅ D^b(Fuk(Y))

ここで、Coh(X)はX上のコヒーレント層の圏、Fuk(Y)はYのFukaya圏を表す。

2024-08-23

忙しい人のための物理学

1. 古典力学 (Classical Mechanics):

古典力学では、粒子の運動時間 t の関数 q(t) で表され、ニュートン運動方程式を満たすのだ:

q̈ = -U'(q)

ここで、U(q) はポテンシャルエネルギーである運動方程式は、ラグランジアン L(q) = 1/2q̇² - U(q) に基づく変分問題として再定義でき、作用積分 S(q) = ∫ₐᵇ L(q)dt極値点として運動記述するのだ。これは、最小作用の原理とも呼ばれるぞ。

2. 古典場の理論 (Classical Field Theory):

古典理論では、粒子ではなく、連続的な場 φ(x,t) を考えるのだ。この場は部分微分方程式に従い、例えば波動方程式

□φ = 0

記述されるぞ。ラグランジアン L(φ) は微分多項式であり、作用積分 S(φ) = ∫_D L(φ)dx dt を極小化することによって運動方程式(オイラー-ラグランジュ方程式)が導かれるのだ。

3. ブラウン運動 (Brownian Motion):

古典力学と異なり、量子力学では粒子は古典的な軌道を持たず、確率的に動くのだ。ブラウン運動モデルにして、粒子の位置 q(t) は確率密度

P(q) ∝ e^(-S(q)/κ)

に従い、ここで S(q) = ∫ₐᵇ (1/2q̇² - U(q)) dt作用、κ は拡散係数である。このような確率動力学の期待値は、経路積分を用いて計算されるぞ。

4. 量子力学 (Quantum Mechanics):

量子力学ではブラウン運動モデルを基にしつつ、拡散係数 κ を虚数 iℏ に置き換えるのだ(ℏ はプランク定数)。したがって、量子力学の相関関数は次のように表されるぞ:

⟨q_j₁(t₁) ··· q_jₙ(tₙ)⟩ = ∫ q_j₁(t₁) ··· q_jₙ(tₙ) e^(iS(q)/ℏ) Dq

5. 量子場理論 (Quantum Field Theory):

量子場理論でも、場の相関関数は次のように表されるのだ:

⟨φ_j₁(x₁, t₁) ··· φ_jₙ(xₙ, tₙ)⟩ = ∫ φ_j₁(x₁, t₁) ··· φ_jₙ(xₙ, tₙ) e^(iS(φ)/ℏ) Dφ

ただし、この積分は複素測度に基づくため、数学的に厳密に定義するのが困難であり、理論物理学における重要課題となっているのだ。

2024-08-17

コンピュータサイエンスとは何か

コンピュータサイエンスで取り組まれている問題の一覧を紹介しよう。

計算複雑性

特定アルゴリズム問題における多項式時間と非決定性多項式時間

その他のアルゴリズム問題

プログラミング言語理論

  • POPLmark
  • バレンドレヒト・ギューヴァース・クロップ予想

その他の問題

2024-08-08

P対NP問題とは一体なんなのか

P対NP問題は、計算複雑性理論における中心的な未解決問題であり、計算可能性と効率性の境界を探るものである。この問題は、計算モデルの深い理解数学的厳密さを要し、多くの研究者が取り組んでいる。

クラスPとクラスNP定義

NP完全問題

NP完全問題は、NPクラス内で特に重要役割を果たす。問題 L がNP完全であるためには、以下の条件を満たす必要がある:

1. L がNPに属する。

2. NPに属する任意問題 L' が多項式時間で L に帰着可能である

クック・レヴィンの定理により、最初証明されたNP完全問題サティスフィアビリティ問題SATである。この定理は、任意NP問題SAT多項式時間帰着可能であることを示している。

P対NP問題の意義

P対NP問題は、P = NPかP ≠ NPかを問うものである

もしP = NP証明されれば、NP完全問題を含むすべてのNP問題に対して効率的な(多項式時間の)解法が存在することになる。

逆に、P ≠ NP証明されれば、NP完全問題には効率的な解法が存在しないことが示される。

証明の難しさ

この問題証明は、いくつかの既存手法では限界があることが知られている:

まとめ

P対NP問題は、計算複雑性理論における最も深遠な問いの一つであり、その解決計算理論全体に革命をもたらす可能性がある。

現在のところ、問題解決には新しい数学手法理論的枠組みが必要とされており、研究者たちは引き続きこの難問に挑んでいる。

2024-07-28

AI生成による超弦理論入門

具体的に超弦理論幾何学定義します。

1. 多様体としての定義

超弦理論基本的空間は、10次元ローレンツ多様体 M として定義されます

  • M = R^(1,3) × X

ここで、R^(1,3) は4次元ミンコフスキー時空を、X は6次元コンパクト多様体を表します。

1. リッチ平坦

2. 複素構造を持つ

3. ケーラー計量を許容する

2. スキームとしての表現

X をスキームとして表現します:

  • X = (|X|, O_X)

ここで |X| は位相空間、O_X は構造層です。

f(z1, z2, z3) = 0

ここで f は複素多項式です。

3. 射による記述

超弦理論空間を、モジュライ空間 M_CY からの射として記述します:

  • φ: M → M_CY

ここで M_CY はカラビ・ヤウ多様体のモジュライ空間です。

4. コホモロジー論的アプローチ

X の位相性質を以下のコホモロジー群で特徴づけます

特に、ホッジ数 h^p,q = dim H^p,q(X) が重要です。

5. 組み合わせ論的再構築

X を単体的複体として再構築します:

  • X ≃ |K|

ここで K は単体的複体、|K| はその幾何学的実現です。

6. 対称性群による特徴づけ

超弦理論対称性を以下の群で特徴づけます

  • Diff(M) : M のディフェオモルフィズム群
  • G : ゲージ群(例:E8 × E8 または SO(32))

7. 距離空間としての定義

M 上に擬リーマン計量 g を導入します:

  • ds^2 = g_μν dx^μ dx^ν

ここで g_μν は計量テンソルです。

この計量から、2点間の固有距離定義します:

  • d(p,q) = ∫_γ √(|g_μν dx^μ dx^ν|)

ここで γ は p と q を結ぶ測地線です。

これらの定義を組み合わせることで、超弦理論幾何学をより具体的に特徴づけることができます。各アプローチ理論の異なる側面を捉え、全体として超弦理論の豊かな数学構造表現しています

2024-06-09

理論物理学最前線を探る

自然界の法則の探索は、一般相対性理論量子力学の発展の中で行われてきた。

相対性理論アインシュタイン理論だが、これによれば、重力は時空の曲率から生じることになり、リーマン幾何学の枠組みで与えられる。

相対性理論においては、時空はアインシュタイン方程式に従って力学的に発展することになる。

すなわち初期条件入力データとして与えられていたときに、時空がどのように発展していくかを決定することが物理学問題になるわけである

相対性理論天体宇宙全体の振る舞いの理解のために使われるのに対し、量子力学原子分子原子構成する粒子の理解のために用いられる。

粒子の量子論(非相対論量子力学)は1925年までに現在の形が整えられ、関数解析や他の分野の発展に影響を与えた。

しか量子論深淵は場の量子論にあり、量子力学特殊相対性理論を組み合わせようとする試みからまれた。

場の量子論は、重力を除き、物理学法則について人類が知っているほどんどの事柄網羅している。

反物質理論に始まり原子のより精密な記述素粒子物理学標準模型加速器による検証が望まれている予言に至るまで、場の量子論の画期性は疑いの余地がない。

数学の中で研究されている多くの分野について、その自然な設定が場の量子論にあるような問題研究されている。

その例が、4次元多様体ドナルドソン理論、結び目のジョーンズ多項式やその一般化、複素多様体ミラー対称性、楕円コホモロジー、アフィン・リー環、などが挙げられる。

こういった断片的な研究はあるが、問題間の関係性の理解が困難である

このような関係性の研究において「ラングランズ・プログラム」が果たす役割に期待される。

2024-03-15

anond:20240315115856

量子コンピュータとは、なんだかんだスーパークソ速コンピューターにすぎないので

違う。それは量子コンピュータ理解していない。

理想的量子コンピュータが作れたとしても、既存コンピュータでできることの全てが速くなるわけではない。

量子加速が効くアルゴリズムは非常に限られていて、加速されるアルゴリズムであっても指数的に加速するものさらに少なく大半は多項式加速に過ぎない。

多項式程度の加速だとデコヒーレンスノイズにかき消されて優位性が消滅しがち。

そして量子計算原理的に出力が確率的(ヒストグラム)にしか得られないので、厳密な計算必要となる状況では使えない。

(なお「理想的量子コンピュータ」を作れる見通しは現状全くなく、原始的な量子誤り訂正をどうにかこうにか実装しようと苦労してる段階)

2023-12-21

anond:20231220234011

海外ソースを参照して、運動方程式における因果性について調査しました。以下にその結果をまとめます

以上の情報から運動方程式における因果性は、その理論文脈によって異なる解釈存在することがわかります。したがって、具体的な状況や問いによって、適切な理論解釈が変わる可能性があります。¹²³

(1) Causality in gravitational theories with second order equations .... https://arxiv.org/abs/2101.11623.

(2) Causality in gravitational theories with second order equations .... https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.103.084027.

(3) [quant-ph/9508009] Nonlocality as an axiom for quantum .... https://arxiv.org/abs/quant-ph/9508009.

(4) www.repository.cam.ac.uk. https://www.repository.cam.ac.uk/bitstream/handle/1810/319156/causality.pdf?sequence=1.

(5) undefined. https://doi.org/10.48550/arXiv.2101.11623.

(6) undefined. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.103.084027.

2023-12-04

好きなこにスロバキア語を教えようとおもう今度

定数係数回帰数列が無限に多くの 0 を含むかを判断するアルゴリズム存在し、もし無限に多くの 0 を含むのであれば、漸化式の特性多項式の根の代数性質に基づいて、0 の位置の「分解」を周期的な部分列として示すことができる[3]。スコーレム問題の難しい部分は、0 が有限個である(したがって周期的でない)場合に、0 が存在するかを判定する部分で

こんにちわ!って今何時やねん(笑)

ま、そんな冗談は置いといてオレ、すきなこ

いるんですわ。もちろん女の子ね(当たり前だろw)何で好きになったかって体育の時、理由は分からないけどその子見学してたんすわ。その時にちょっと苦しいのかお腹ぎゅってしててその姿がめちゃくちゃかわいいんすよ。で、べた褒れってわけなのだwでもまだ

あんまり話はできてないけど…(´- ̯-`)ま、今度話しかけてみるっす勇気出して

、んで本題なんすけどねオレ最近言語にハマってるんすわ。しかも、めっちゃマイナー言語ズール語とかミゾ語とか)そん中でも一番好きな言語スロバキア語なんすよ。でもまだ単語単語しか覚えてないけど(日本語も怪しいからだろw)でもスロバキア語って

ちょーかっこよくないすか?例えば聖者svätýとか 破壊→ zničenieとかめっちゃ気に入ってるんすよ!学校に持ってかない秘密ノートとかもうそ単語ばっかりメモしてるwこんなかっこいいなら好きな子に教えたいとかならないすか?最初はこう、簡単単語からあたふた教えていってでも「Páči sa mi to」ってのだけはなかなか教えないでいてある日突然耳元で囁くんすわ「好きって意味だって。くーめっちゃまらないのだ!あ、その子ことなんすけどめっちゃ見た目かわいい

系ですわ。プライベートなんか口紅してるんすよ!ブランドのバック持ってヤバくないすか??しかも、多分虫歯もないみたいで、歯医者の待合室で偶然会ったことあるんすけど

今日検査だね」って受付が言うと「はい」ってにこやかに微笑んでたんす。もう、めっちゃ羨ましい!あれっすね、昔の流行語に「貧乏人は麦を食え」ってあるじゃないすか。

彼女貧乏でもないし麦じゃなくて愛情をたくさん食べてるんすね!だからオレも告白して愛情たくさん食べてもらいたいっす!阿諛なんか使わない様にしてるけどあの子の前だったらついぽろっと口にしちゃうっす!

はーそんなことしてると親が飯だって呼ぶんすよね。これ、未成年は辛いっすわ(笑)

2023-02-13

anond:20230212221336

ここ数日ブクマでも増田でも散々掘られているように、ソ連に端を発する共産党体制は「科学的」であり、党中枢が決定した具体的な仕様「真実」とされ、その「真実」下部組織現実として社会実装する、観念論を奉じた完全な上意下達体制であるニャこれはソ連崩壊後のロシアも、今の中国でも日本共産党でも変わらない。下部構造で行われる議論は上部構造で尽くされた議論に完全に内包される。もちろん全ての議論科学であるから、建前で内包していることにして支離滅裂呪文を書いてお茶を濁すにも限度がある。そして最高指導部だか書記長だかは知らんが、その人間組織トップ共産党の御立派な理想に恐らく本気で忠誠を誓っている。

なれば普く共産党のやることなすことその御立派な理想と大枠で一貫性を持つ、ということになる。

しか客観的に言って50年前100年前の御立派な理想など、そもそもまれた当初は正しかったとて現実とは乖離してくる、いや人間社会現実露出度の低いセパレート型スクール水着を新しくフェチズムとして取り込むように意図を持ち明確であり科学的であり硬直したあらゆるもの適応しその意味を失わせるのである。しばし社会競争環境について適応しないものは生き残れないと言われるのは単に一般的に言って競争は常に激化すると言っているのみならず、多項式の取る値を論じる上での定数項のように意味が薄いということも意味するのである。つまり共産党科学的であり一貫性があり上意下達を旨とするその体制、その原理、その思想のものが畢竟、時間とともに存在を失うことを決定されているのである。つまり共産党は真の共産党である限り滅ぶことが定まっているのだ。

余談だがこの硬直した理想主義体制の欠陥はソ連赤軍とその血を引くロシア連邦やウクライナ軍の弱さ、グダグダ感にも現れている。アメリカ実用主義過程の正しさを重視しないから、末端が「反逆」しようが、上層部現場に阿ろうが、官軍敵方虐殺する不公平な優位性を持つ戦闘を行おうが、勝てば官軍は勝つのである。明らかにその方が正しい。

ねこはいます

2023-02-05

anond:20230205150735

いやだからさたとえば1=xって等式があるやん。これのxに対する解は明らかに1のみやん?

で、これの両辺を積分するとx=(x^2)/2+Cになるじゃん。これのxに対する解はその個数の時点で明らかに積分前と異なるじゃん?

等式で結ばれてれば両辺積分微分しても同値じゃない例になってるよなこれは。むしろ感覚的には等号で結ばれたものは両辺足しても引いても同じなんだから当然微積分しても同値だって感覚に陥ってそこで思考停止しがちだと思うけど(俺もつい先日までそうだった)。

で、変数分離形dy/dx=f(x)*g(y)は積分しても同値からこそ、積分することによってf(x)を求めようとするんだよな。

この場合f(x)やらg(y)やらは先の場合でいうxに対応してると思うんだ。

xに関する多項式の等式は積分すると同値性が崩れるから解も変わる。しか変数分離形の等式はそもそも積分せずに解けないというのもあるが、積分しても解であるf(x)は変化しない、もっといえば積分前も積分後も等式を満たすf(x)は変化しないわけで、これは積分前後同値性が崩れないからだよな。(逆に積分して同値性が崩れるならもうこのような等式を解く手法が無くなるともいえるが。)

追記恒等式方程式かの違いは考えなきゃいけなかったな。でも変数分離形って関数方程式じゃないのか…?え、恒等式なの?あーもう頭ぐるぐるぱあだよ。

まあ純粋数学証明に挑むんでもないかぎりこのあたりの理解の欠如が誤った計算助長するということもないから深入りするだけ馬鹿なんだろうけど。

2022-12-08

多項式微分計算しなさい」という問題は、基本的微分公式を覚えていれば小学生でも解ける問題だが、「微分理解する」というのはそんな簡単公式を覚えるという話ではないわけで。

微分が分からない」という高校生に、公式だけ覚えた小学生が「そんな簡単なこともわからないの?」と説教をするという、インターネットではよく見る光景

2022-11-30

anond:20221130083458

CS で習う計算複雑性って実用からは少し離れた抽象的なもので、現実的には一兆年かかるが多項式アルゴリズム存在するので云々〜みたいな、わりと天文学的な話がされてる。

計算量のオーダー見積もりとかは初歩の初歩の初歩というか、それこそ業務をしばらくやってれば身につく感覚で、それをもってコンピュータサイエンス必要!というのは短絡的ではないかなあ。

2022-05-19

anond:20220519163030

三角関数がないと「振動」という現象グラフと数値で捉えることが出来なくなる(sin波を局所的に多項式で近似するしかなくなるため)。

振動現象物理しろ化学しろ金融しろ政治しろ世界社会のあらゆる場面に現れる(簡単常微分方程式の解のため)。

まあ、グラフと数値を一切扱わないなら三角関数勉強しなくてもいいと思う。

なんなら弁護士でも三角関数くらい知ってる方がいい(何かの設計図特許裁判とかあるでしょ)。

文学者でも三角関数知ってるだけで表現の幅は広がる。

2022-04-14

anond:20220403143312

モニック(=最高次の係数が1である多項式の)こと)

そういや、この「モニック」に対応する日本語訳をいまだ見たことがない。

いまだに、数学書では「モニック多項式」と、外来語漢字組合せで呼ばれている。

2021-05-25

anond:20210525202242

昨日あたりから三角関数の話出てるけど、

サイン(sin)もコサイン(cos)も多項式で表せるんだよ

そして、cosX+i*sinX=exp(iX)

これがオイラーの公式

高校時代にこれを知っているかどうかが人生の分かれ道。

物理学者のリチャード・ファインマンはこの公式を評して「我々の至宝」かつ「すべての数学のなかでもっとも素晴らしい公式」 だと述べているらしい。

上から目線ですいません。

2021-04-15

微分可能性必要なだけ仮定する」

数学書に書いてある日本語は全て完璧論理的であるかような気がするが、たまには上記のようにしれっと面倒を避ける人間臭いところもあったりする。

上記言葉は、複数回微分偏微分微分形式などを説明するときに、微分する関数等が何回微分可能なのかをいちいち書き記すのが面倒だから、細かい説明を避けるために使う用語数学書ではわりとよく出てくる。

でも私なんかは人間関係にこそ必要なだけ微分可能性(ある種の滑らかさ)を仮定して、そうであれば解析しやす相手の心を数学のごとく計算して易々と生活したいものだと常々思っている。

例えば、相手の心が十分に滑らかであれば、ある時点で微分してテイラー展開できる。そうすれば、相手の心というあんな複雑な関数でも多項式で表せる。

まだ無限多項式ではあるが、十分なレベルの項まで取れば後は誤差項として切り捨てられる。あんな面倒な相手の心というものが、こんな単純な式に落とせるなんて!

それが普段できないのは微分可能性が証明できないから。読者なんてまさにその典型例。微分可能性を仮定するあの言葉も、そんな叫びを隠したものなんだろうと私の心で思ったりする。

2021-04-09

anond:20210409101901

いまのAIだったらAVモザイクもかなりの粒度復元できるんじゃなかったっけ

AI使うまでもなく、20年くらい前には多項式プラインとかでのモザイク消しフィルターが売ってたような気もするな

2021-03-21

文系から社会人になった後に数学習ってるんだけど

フーリエ変換ってサンプリング点が完全に理想的に取れない場合はつまり多項式近似?


全然ちゃうやんけ!

考えた人頭いいなあ。

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