  |
はてなキーワード: 量子化学とは
増田はマテリアルインフォマティクスや超伝導の専門家ではないんだけど。
専門家からすると、常温ながら高圧下で超伝導の存在ですら怪しいのに、高圧ですらない報告は眉につばも付けたくなるだろう。(LK-99は本当に常温常圧超伝導を達成しているのか - 理系のための備忘録)
Cu_2S の一次転移を常温超伝導と見間違えたのでは？との報告が上がっている。(https://twitter.com/tjmlab/status/1689076343114493957])
LK-99に関連して、常温超伝導を示す物質を機械学習を使って見つけられないのかという疑問をはてなブックマークやTwitterなどで見かけた。
端的に述べると、機械学習を用いた物質探索は既に広く行われているが、今回のような未知の性質を有する物質の探索には不向きである。
物質探索で機械学習が注目されるようになったのも最近のことだ。
2019年には選択性の高い触媒を機械学習で予測する研究がScience誌に投稿されている。(高選択的な不斉触媒系を機械学習で予測する | Chem-Station (ケムステ))
物質の探索の他にも、生データの帰属やそこから得られたデータ同士の解析などにも機械学習が用いられている。
機械学習によって、経験によると勘とマンパワーと一握りの運で支えられていた「予測→合成→測定→解析」のサイクルを早められるようになった。
その一方で、より広大な未踏の探索領域が存在し、さらなるマンパワーが必要であることが明確化された。
HUNTER×HUNTERで暗黒大陸が明かされた状況に似ている。
機械学習は暗黒大陸の道案内役になりうるが、より効率的な探索のために実験や測定の自動化も必要となり、そのような研究も始められている。
機械学習が様々な物質を予測しても、その合成できるかは別問題だ。これは機械学習に限った話ではない。
理論的にすばらしい性質が予想された物質であっても、技術的に合成できない、合成できても予想された性質を示さないことは科学の世界ではあるあるだ。
原因は様々であるが解決のためには、技術の進歩とブレイクスルーが必要となるし、そもそも予想が間違っている可能性だってある。
たとえば、2000年にノーベル化学賞を受賞したポリアセチレンは、古くから量子化学的に導電性を持つだろうと予想されていたが、合成する方法がなかった。
1958年にナッタらが開発した触媒によって初めて合成されるが、粉末しか得られず電気特性を測定することができなかった。得られた粉末は溶媒にも溶けず熱で溶融もしないためフィルムにできなかったのである。
その後の1967年に白川らがフィルム化に成功し金属光沢を示すもののほぼ絶縁体であった。電気を流すにはドーピングという更なるブレイクスルーが必要だった。
機械学習は、目的とする性質を持った物質を探索することは可能だが、全く新しい性質を示す物質の予測には向いていない。
過去の結果から高い転移温度を有する物質を類推可能だが、これまでの超伝導とはメカニズムが異なるであろう常温超伝導を示す物質を予想することはできない。せいぜい異常な振る舞いを予測するくらいだ。
超伝導の恐ろしいところは2000年以降も様々な性質が予想され発見されていることだ。
例えば、ワイル半金属（1937年予想、2016年発見）、トポロジカル絶縁体（2005年提唱、2007年確認）、ネマティック超伝導（2016年発見）などなど。
全く新しいメカニズムによる性質に関するデータが無い以上、このような性質を示す物質を機械学習で探索するのは無謀だ。
もちろん、既存のデータをよくよく洗い出してみると、新しいメカニズムで上手く説明できるケースもあるが、それを機械学習へ利用するには･･････。
辛い。試験勉強が辛い。何もわからない。何をやればいいのかわかっているのにやらない自分が嫌になる。あらためて自覚するとお腹に重いものが来る。体勢も悪い。腰痛めたくないのに。うまくいっている自分を想像するのは好きなのにそれに近付こうと努力するのは嫌い。大学受験だっていうほど頑張れなかった。受かったのはまぐれだ。金遣いが荒いのも治らない。英語を勉強しようと意気込むだけで何もしない。次の学期から頑張ろうって毎学期言っている。そのくせ学期末になると来年からはとか言い出す。今頑張れよ、今。ゾンビランドサガなんて見て感動している場合ではない。線形代数、電磁気、量子化学のテストと哲学の課題がもう目の前に迫っている。それどころかもう貫通するレベルでやばい。もっと頑張らなければいけない。高校生の時の自分が今の自分を見たらどう思うだろうか。少なくともあの時は今よりは勉強していた。大学生活に希望を抱いていた自分はもう戻ってこないのか。戻ってこないのかと受け身になっている自分が嫌いだ。普段自分のことが好きだと他人にも自分にも言い聞かせている。いつか自分を好きになる日が来るのだろうか。虚言癖も治したい。どうして本当に、本当にしようもないことを口走ってしまうのか。言った後にすぐ後悔するのに。今は友達も部内の人間以外いないので普段話すことがないからまだマシだが。食生活も改めなければいけない。糖尿病など洒落にもならない。また医療費もかかるし。親に迷惑もかかる。多額の学費を払ってもらっているのに。本当に申し訳ないと口だけでは言える。親が自分の現状を知ったらどう思うだろうか。国立に受かって安く済むと親は喜んでいたが、東京に下宿となると県内の私立大学よりよっぽどかかる。今は大学の寮だが後一年で出ていかなければならない。前期は２単位落単してしまい、3Qは落単を逃れたが4Qはどうなるか。どうなるかではなく勉強するしかない。こんな文章を書くのではなく。どうして問題が解けないのか。勉強していない量子化学は解けないのはわかりきっている。線形代数は意味がわからない。教科書通りの勉強ではダメなのか。何がいけないのか。本当にダメだ。ここまで自覚しておいて何もしない。何かしてもすぐに別のものを触ってしまう。スマホなんてなければいいのに。そうやって物のせいにする自分が嫌い。自分の理想像と自分をいつも比べてしまう。誰かにすがりたい。話を聞いてもらいたい。人間関係を維持するのに疲れ、それを放棄してきた人間には叶わない。他人に話を聞いてもらうには他人の話を聞かなければならない。苦痛。本当にわがままだ。愛して欲しいが愛したくはない。これでは手を差し伸べてくれる人間などいるわけがない。救いの手を自分から弾いてきたのだから。ああ、辛い。まだ大学一年生なのにこれからやっていけるのだろうか。
ここでは東工大の化学で7割程度(※)を取れるようになるための勉強法を紹介する。
化学熱力学や量子化学のような物理化学の範囲は非化学系でも勉強すれば解けるようになる。
4年生のうちに完璧にすること。
●無機・有機は徹底的に過去問を解く
有機は電子の気持ちになって自由自在に反応機構が立てられれば解けるのかもしれないが、非化学系には無理がある。
仕方ないので、徹底的に過去問をやる。
過去問を解けば本番でも解けるようになるのかと疑問に思うかもしれないが、実は過去に何度も同じような有機の反応が出ていたりする。
過去問を徹底的に解いてると、「この問題は絶対に解けるようにすべき」とか「この問題は化学系以外絶対に解けない(=解けなくても問題ない)」といったことが分かるようになる。
また、私の場合は周りに化学系がおらず、化学系の教員が一人しかいない上に多忙なので教わることがほぼできなかった。
そこで次のような手順で勉強会を開いて過去問を頑張って解く。なお、期間としては4年と5年の間の春休みあたりからを想定している。
(2)大学で使われている有機化学・無機化学の分厚い本を用意する
(3)同じ東工大志望の人を探す(2,3人程度いると良い)
(4)週一程度で集まって過去問を一年分解くことにする。事前に誰がどの問題を解いて来るか割り当てておく。(基本的に有機・無機の問題は調べるのに時間がかかることに注意)
勉強会を開く上で気を付けることは以下の通り
反応機構をたくさん目にすることで、未知の反応に関しても結果を予測することができるようになる
・割り当てられなかった問題に関しても自分である程度考えておく
実際に勉強会をやると分かるけど、準備の大半は有機と無機の「調べ学習」になる。
(※)ここで7割と書いたのは、実際に勉強会で一緒だった人が7割程度点を取っていたから(開示済み)。私は東工大入試前に第一志望先に合格したので受けてませんが、受けていたとしたらおそらく私も7割程度？
返事ありがとうございます。数学出身なので物理事情に疎く参考になります。今後も色々な所で書いていただければと思います。
トンデモ扱いと言うのは、ツイッターなどで見かける核融合・核分裂などへの、研究者の反応を指していました。
個人的にはあり得るのではと思う事を、研究者の方は余り相手にしていないのを見かけるのと、話題すらなってないことでもまだまだ応用の可能性があるのではと感じてます。
QCDの計算が大変ということで難しいからそう簡単に言及できないということなのかもしれませんね。
物性や量子化学辺りは今後やっていきたいと思ってるので人が多いのは知っていますが、「物理理論」というのから省いていました。
素粒子論は加速器などの大きな研究所があるので結構人数が多いかと思っていましたが、全体からするとかなり少ないのですね。
大半が素粒子論を研究しつつ加速器実験もしているのかと思っていました。CERNの人たちも加速器実験の研究者ということなのですね。
個人的に特に見ている量子化学周辺は余り量子場は（相対論も）使ってないようですが、物性の本に量子場の応用をテーマにしたのがそういえばあったように思います。まだ勉強してませんが。
ニュートンや日経サイエンスの物理の記事は結構読んでますが（特に特集は）素粒子関連がかなり多いですね。もっと物性などを取り扱って欲しいですね。個人的にQCDをやる予定はないので、素粒子は現在関心が低めです。
http://anond.hatelabo.jp/20090930032629
のエントリーより。
たとえばエンジンの開発において以前は機械工学出身者で十分開発が行えたが、燃費が重要になる昨今では燃焼そのものが化学変化であることから化学出身者を積極的に採用している。
また、マイクロメートル単位での精密さが要求される分野では誘電材料が用いられるが、分極や誘電率を理解しようとすれば、化学の知識が必要になってくる。
日本が発展途上国のときは先進国に追いつくため、分野を分断し「Ｉ」型のエンジニアを育てていれば良かったがそれはもはや中国の仕事であると思う。
どうせ会社に入って大学の研究とは直結しない部署に振り割けるならば、頭が柔らかく若い人間のほうがいいのだ。当然である。
この点では海外ではさらに進んでおり、博士号を二つ取得するダブルメジャーが流行っている。
もはや、「I」や「T」を超えて、「π」型の研究者や技術者を生み出そうとしているのが海外の現状だろう。
その中で、私が提案したいのは修士課程や博士課程への進学時にまったく専攻が違う分野に変えてしまうことである。
私は、この道を選んだ。
私が修士課程で進学したのは大学院大学であり下に学部がなかったため、TAやRAなどの学部生の講義の手伝いをする必要がなく自分の勉強に専念できた。また、化学や材料工学出身以外の人向けの基礎的な講義があり、それを受講することで基礎から勉強できる環境が整っていたのである。
分野横断的な学習で得たものは多い。
学部時代には、半導体のバンド理論がいまいちしっくり来なかった。エネルギーがとびとびな値をとることにどうしてもイメージがつかなかったのだ。しかし、これも分子一個がエネルギーを受けて励起するという量子力学や量子化学の基本さえ知れば、シリコンであってもそれが結晶状態でつながっているに過ぎないと簡単に気づく。分野の違いなどは所詮人間が勝手に分けた物に過ぎないのだ。
また、多くの分野を学んだことは会社に入っても役に立っている。何か問題がおきたときに他の人にわからないことがわかるのだ。
つまり仕事が早く終わり、なおかつ他の人が思いつかない新規の提案も用意に行えるのである。
製品の改善の方法は一つではなく、材料の見直し、ソフトウェアで改善、ハードウェア(回路や機械設計)の見直しなど多々あるが、これらを全体を通して考えることができるのである。
ほぼ、同意する内容である。
多くの理工系の大学生は大学院に進学するが、それは研究室配属になった学生がＴＡなどとして役に立つからであり、現在大学院の学生数が大学の評価にもつながっているからだろう。
むしろ、大学院は積極的に学部を受け入れるようにし、大学と同じ大学院に進むのをやめるように文部科学省がしていけば、新しいイノベーションもおきてくると思う。
ずっと同じ研究室に配属して生まれてくる博士号取得者は教授の劣化コピーであり、新規のアイデアが求められる研究には向かないと思う。
この文章は、現在の大学の学部生や修士課程の学生にぜひ読んでもらいたい文章だ。
まず、私自身の経歴を紹介しておきたい。
地方国立大の電子工学科卒業後、大学院大学に進学し化学の研究室に進学。その後、機械メーカーでFA部門に配属され、制御回路の開発を行っている。
これは海外と比べた場合の教育の違いに問題を見出すことができるだろう。
まず、日本には副専攻などのシステムを具体的に用意している大学がほとんどない。
アメリカに目を向けると、カリキュラムとして主専攻と副専攻両方が取れる場合になっているのが珍しくない。
また大学院ではほとんど講義がない日本とは違い、電子工学の専攻でも建築の単位を取ることになっていたり、化学の単位をとることができるようになっている。
このような教育上の差が、日本の博士が視野が狭いといわれる要因でありオーバードクター問題の原因の一つではないかと思っている。
新しいイノベーションを起こす研究開発では、分野複合的なテーマになることが少なくない。
たとえばエンジンの開発において以前は機械工学出身者で十分開発が行えたが、燃費が重要になる昨今では燃焼そのものが化学変化であることから化学出身者を積極的に採用している。
また、マイクロメートル単位での精密さが要求される分野では誘電材料が用いられるが、分極や誘電率を理解しようとすれば、化学の知識が必要になってくる。
日本が発展途上国のときは先進国に追いつくため、分野を分断し「Ｉ」型のエンジニアを育てていれば良かったがそれはもはや中国の仕事であると思う。
「Ｔ」型の知識を求める人間が必要であるのに日本の高等教育がそれに対応していないのだ。
開発に関わる私には、人事が「どうせ、企業で行う研究は大学の研究とは違うのだから、博士などよりも若い人間のほうが使いまわしが効いて良い」というのには、痛いほど理解ができる。
どうせ会社に入って大学の研究とは直結しない部署に振り割けるならば、頭が柔らかく若い人間のほうがいいのだ。当然である。
この点では海外ではさらに進んでおり、博士号を二つ取得するダブルメジャーが流行っている。
もはや、「I」や「T」を超えて、「π」型の研究者や技術者を生み出そうとしているのが海外の現状だろう。
その中で、私が提案したいのは修士課程や博士課程への進学時にまったく専攻が違う分野に変えてしまうことである。
私は、この道を選んだ。
私が修士課程で進学したのは大学院大学であり下に学部がなかったため、TAやRAなどの学部生の講義の手伝いをする必要がなく自分の勉強に専念できた。また、化学や材料工学出身以外の人向けの基礎的な講義があり、それを受講することで基礎から勉強できる環境が整っていたのである。
分野横断的な学習で得たものは多い。
学部時代には、半導体のバンド理論がいまいちしっくり来なかった。エネルギーがとびとびな値をとることにどうしてもイメージがつかなかったのだ。しかし、これも分子一個がエネルギーを受けて励起するという量子力学や量子化学の基本さえ知れば、シリコンであってもそれが結晶状態でつながっているに過ぎないと簡単に気づく。分野の違いなどは所詮人間が勝手に分けた物に過ぎないのだ。
また、多くの分野を学んだことは会社に入っても役に立っている。何か問題がおきたときに他の人にわからないことがわかるのだ。
つまり仕事が早く終わり、なおかつ他の人が思いつかない新規の提案も用意に行えるのである。
製品の改善の方法は一つではなく、材料の見直し、ソフトウェアで改善、ハードウェア(回路や機械設計)の見直しなど多々あるが、これらを全体を通して考えることができるのである。
この分野では、ピペット土方とよばれる単純作業を繰り返すことが必要不可欠であり、教授は学生を労働力確保の手段として、修士や博士に進ませることが一般的なのだ。
その過程では、
もちろん研究職である大学教授にとってはそれは本音である場合も多いのだろう。しかし、実際にはテクニシャンを確保し金を落としながら作業を行ってくれるピペド確保の点は否めない。
「お前は博士に来るな」
と言う事は珍しくないという。それは物理などであれば数学力などの学力がない学生は何の役にも立たず、研究活動において足手まといになる可能性があり、また学生の将来のためにもならないからである。
日本の生命科学が、労働力確保のためだけに博士や修士の学生を使い捨てにしているのは否めないと思う。
学生時代にたくさん見た３０越えのポスドクの人々を思い出すといたたまれない。
最近では、バイオを生かした技術開発も進んである。2005年にNHKで「サイボーク技術が人類を変える」という番組が放送された。
http://www.nhk.or.jp/special/libraly/05/l0011/l1105.html
これは神経科学を神経工学として応用し、神経とLSIと接続するもので失明した人に対しイメージセンサー回路を利用し人工視覚を作ったり、腕の神経とつなぐことで機械的な義手を作ろうという試みである。
http://panasonic.co.jp/ism/koremo/02_ferritin/index.html
この研究ではのフェリチンを半導体のプロセスに利用しようというものだ。
http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/200708/07-074/index.html
論文を調べていただければ分かるであろうが、これらの研究は工学や物理学出身の人によって進められているのである。
私自身は、生命科学の院進学をやめ大学院大学の半導体の研究室に進学した。
その中で量子化学、バンド理論、半導体、有機化学や熱化学などを勉強した。量子力学と光合成の関係を知ったときは目から鱗が落ちた思いだった。
うーん、こうゆうサイボーグや医工学の分野ってどうなんだろうね。
こっちも発展には時間がかかりそう。
http://b.hatena.ne.jp/entry/anond.hatelabo.jp/20090222224732
の方も書かれているように、日本の生命科学の学生やポスドクがおかれた環境は悲惨な状況にある。
この分野では、ピペット土方とよばれる単純作業を繰り返すことが必要不可欠であり、教授は学生を労働力確保の手段として、修士や博士に進ませることが一般的なのだ。
その過程では、
もちろん研究職である大学教授にとってはそれは本音である場合も多いのだろう。しかし、実際にはテクニシャンを確保し金を落としながら作業を行ってくれるピペド確保の点は否めない。
「お前は博士に来るな」
と言う事は珍しくないという。それは物理などであれば数学力などの学力がない学生は何の役にも立たず、研究活動において足手まといになる可能性があり、また学生の将来のためにもならないからである。
だが、生物学科では奴隷確保のために博士進学を勧めているとしか思えないことが多々ある。研究能力がどれだけあるかも分からない学歴ロンダ生を積極的に入学させたり、生物に見切りをつけ文系就職を狙い就職活動をすると煙たがり、嫌味を言う教員も珍しくないのである。
その結果、職にあぶれポスドクが量産され、さらにはポスドクにさえなれないものも出てくる。
このような実態は、バイオポスドクの特集として産経新聞で記事にもなったので読んでいただきたい。
http://b.hatena.ne.jp/entry/sankei.jp.msn.com/life/trend/080628/trd0806282146020-n1.htm
http://saponet.mynavi.jp/release/needs/rikou/2008/03.html
これは、毎日ナビが企業にアンケートをとり、理系の専攻ごとの求人のニーズを表したものである。
求人数で見ると一位の電気・電子系の1/10程度の求人しかなく、少ない枠を奪い合っていることが分かっていただけるだろう。
生物系学生が主に目指す企業といえば、製薬会社の研究職と食品会社の研究職である。しかし、こちらがどちらも難関なのである。
まず、製薬会社の研究職については薬学部の出身者が主体である。それは製薬企業という点を考えれば同然であろう。しかし、薬学部出身者にとっても製薬研究への内定は容易ではなく、ＭＲになる者が多々いるのが実態である。現在薬品は、生物による手法は一般的ではなく現在でも化学の有機合成によって作られている。そのため、化学出身者、薬学出身者以外の採用はなかなか難しいのが実態である。
農芸化学を専攻していれば若干優位ではあるが、数人の採用枠に農学部や化学やバイオなどが殺到する。そのため、こちらも非常に難関になっているのが現実である。
これらのプロセス職はというと、やはりそこは機械工学や電気工学の主役である。バイオの出番は無い。
もちろん一部には製薬につける人もいるのであるが、旧帝大クラスでも学科で数人というのも珍しくない。
その結果、独立系のSEなどに流れる学生がたくさんいる。こちらの世界も情報系が主体なのだ。
生命現象は地球上にある現象でもっとも難解な現象であると思うが、その教育がもっとも程度の低い生物学者が調べ、教育も行っているという実態である。
たとえば、光合成であればエネルギーの変換が絡む以上、厳密に考えればそこでは量子力学が必要なはずである。また、生体内の化学反応を考える上では有機化学や量子化学、熱化学なども必要になってくるだろう。
しかし現在の生物学科では、CELLに書かれた知識を天下り的に暗記させており、そこにはどのような物理的、化学的裏づけがあるのか教えない教育が行われている。
酷い大学においては、講義が教授の研究内容の紹介であったりする。
私は日本の高等教育の最大の問題点は副専攻制度がなく、ダブルメジャーを取るような人間がいないことだと思う。知識の幅が限られるから新しい発想が出ず重要なことを見逃す可能性があるし、弟子は師匠を超えず、劣化コピーだけが生産される。
もちろんこれは生命科学に限った問題ではない。
それでも工学は良い。知識の幅は広いほうが良いが単一分野の知識の学生でも即戦力として企業が欲しがる。
また、物理学もよい。難解な数学や量子力学や古典力学、熱力学、電磁気学は現代の科学技術の基礎で、会社に入ってから工学の知識を上乗せするやつはたくさんいる。原理を知っている彼らは、１０年選手になると工学部出身の奴を追い抜いたりする。
生物出身者にはプライドだけはあっても、このどちらも無いのだ。
物理的手法を駆使し、生物を研究する生物物理やコンピューターを生物の解析に生かす、バイオインフォマティクスなどの研究分野がある。
しかし、生物物理を研究している研究者は多くの場合は物理学出身である。また、バイオインフォマティクスも物理学者や情報工学出身の人が非常に多い。
考えてみれば当然だ。多くの場合生物学科は生物または化学で受検できる。高校時代から物理を選択していない生物の学生がいくら年を取ろうとも物理的手法など理解できるはずが無いのである。
最近では、バイオを生かした技術開発も進んである。2005年にNHKで「サイボーク技術が人類を変える」という番組が放送された。
http://www.nhk-ondemand.jp/goods/G2011034654SA000/
これは神経科学を神経工学として応用し、神経とLSIと接続するもので失明した人に対しイメージセンサー回路を利用し人工視覚を作ったり、腕の神経とつなぐことで機械的な義手を作ろうという試みである。
http://panasonic.co.jp/ism/koremo/02_ferritin/index.html
この研究ではのフェリチンを半導体のプロセスに利用しようというものだ。
http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/200708/07-074/index.html
論文を調べていただければ分かるであろうが、これらの研究は工学や物理学出身の人によって進められているのである。
私自身は、生命科学の院進学をやめ大学院大学の半導体の研究室に進学した。
その中で量子化学、バンド理論、半導体、有機化学や熱化学などを勉強した。量子力学と光合成の関係を知ったときは目から鱗が落ちた思いだった。
結局、天下り的に知識のみ教える現在の生物学科の教育はダメだ。
原理を知るためには物理、化学と数学が必要であるし、応用するには工学の知識が必要なのだ。
学生が金を払うのは労働力になるためではなく自分自身への投資のためであるべきだろう。
声を大にしていいたい。
