トポロジカルな欠陥で満たされた 10 の異なるリーマン カルタン空間

物理（その他）

the WMAP observations are quite consistent with the cosmology of the D4-D5-E6-E7-E8 VoDou Physics model.

 

Garcia-Compean、Obregon、および Ramirez は、Pontrjagin 項が THETA 項であることを示しているため、MacDowell-Mansouri 理論に関連する二重理論を構築できます。 自己双対 MacDowell-Mansouri 理論は、Ashetekar の自己双対スピン接続の形式主義と、ニエト、オブレゴン、およびソコロのアプローチに対応しています。 反自己双対部分 (および THETA 項) も考慮に入れると、重力モノポールおよび/または重力ソリトンを構築できる可能性があるようです。 Garcia-Compean、Obregon、および Ramirez は、論文でグループ SO(3,2) を使用しています。彼らは、MacDowell と Mansouri の 1978 年の研究に続いて、Heinz Pagels (Phys. Rev. D 29 (1984) 1690) がグループ O(5) を使用して、MacDowell-Mansouri 理論に類似したユークリッド定式化を取得したことに注目しています。 4次元時空を表すPontrjaginトポロジー用語は、曲率2形式を表す4x4行列の正方形のトレースに比例します(Nakahara、Geometry、Topology、およびPhysics、Adam Hilger 1990のセクション11.4を参照)。これは、インスタントン ユニバースの作成と拡張に対応する可能性があります。 Medina と Nieto は、ポントリャーギン項がゲージ群 Spin(2,3) のチャーン・サイモンズ理論に関連している可能性があることを示しており、これは 1+1 次元の共形場理論に関連している可能性があります。スモーリンは、3+1 次元から 2+1 次元 (大量の重力子を伴うチャーン・サイモンズのトポロジカル理論) から 1+1 次元 (WZW 共形場理論) へと向かうクレーンラダーの次元を調査しました。スモーリンは、このはしごはヘーラルト・サスキンドのホログラフィック仮説に関連していると述べ、ブラックホールの内部の場の量子論は、その境界上の場の量子論によって最もよく説明されるという. 縮尺と共形自由度を固定する物理的な理由は何ですか? D4-D5-E6 モデルでは、その質問への回答は別の質問への回答から得られます。 すべての静止質量はヒッグス機構から来ており、静止質量は重力を介して相互作用するため、重力とヒッグス機構の間にはどのような関係がありますか?

 

  Higgs and Gravity and Torsion:

 

サルダナシヴィリーが指摘したように、1960年代のハイゼンベルグとイヴァネンコは、重力子がフラットなミンコフスキー時空から曲がった時空に向かう際にローレンツ対称性を破った結果として生じるゴールドストーンボソンである可能性を提案することにより、重力を対称性の破れメカニズムと結びつける最初の試みを行った. Sardanashvily (gr-qc/9405013、gr-qc/9407032、および gr-qc/9411013 も参照) 重力は GL(4) 群のゲージ理論によって表され、GL(4) 対称性はローレンツ SO(3,1) 対称性または SO(4) 対称性のいずれかに破れ、結果として生じるヒッグス場は重力場 (SO(3,1) に分割する場合) またはリーマン メトリック (SO(4) に分割する場合) のいずれかとして解釈されます. ヒッグス場を持つ疑似リーマン メトリックの識別は、トラウトマン (Czechoslovac Journal of Physics 、B29 (1979) 107)、Sardanashvily (Phys. Lett. 75A (1980) 257)、Ivanenko と Sardanashvily (Phys. Rep. 94 (1983)) 1).任意のディラックスピン構造がそのサブバンドルであり、複合スピナーバンドルが一般的な共変変換を許容するような複合スピナーバンドル Sardanashvily のクリフォード代数構造は、スピナーと重力との間の相互作用の処理を、クリフォードマニホールドの曲率によって表現できるようにする必要があります。 gr-qc/9710027 のウィリアム ペザリアパパペトルー方程式の導出。 D4-D5-E6 モデル (ここではコンパクト バージョンを使用) では、共形群 Spin(0,6) = SU(4) は、次を修正することにより、de Sitter グループ Spin(0,5) = Sp(2) に分割されます。 1 スケールと 4 コンフォーマル ゲージの自由度。

結果として生じるヒッグス場は、D4-D5-E6 モデルでは、ヒッグス機構によって SU(2) ウィークボソンとディラック フェルミオンに質量を与える同じヒッグス場として解釈されます。 ヒッグス機構には、最小値がゼロではないスカラー場ポテンシャルの「自発的対称性の破れ」が必要ですが、3 次元球面 SU(2) を形成します。特に、複素ヒッグス スカラー ダブレットの 1 つの実数成分は、v / sqrt(2) に設定されます。ここで、v は、通常、真空期待値と呼ばれる、最小値の 3 次元球面のモジュラスです。 三次元球面を単位クォータニオンと見なす場合、「自発的対称性の破れ」にはクォータニオン空間の (正の) 実軸を選択する必要があります。 標準モデルでは、ランダムな真空変動が SU(2) 対称性を破り、実際にランダムに実軸を選択すると想定されています。 D4-D5-E6 モデルでは、1 スケールと 4 コンフォーマル ゲージの自由度を固定することによる、コンフォーマル Spin(0,6) から de Sitter Spin(0,5) への対称性の破れは、必要のない対称性の破れメカニズムです。ランダムな真空変動による摂動。 1 スケール自由度をゲージ固定すると、長さスケールが固定されます。これは、真空期待値の大きさ、または SU(2) 3 球の半径として選択できます。 4 つの共形自由度をゲージ固定すると、SU(2) 3 球体の (正の) 実軸が 4 次元時空全体で一貫して固定されます。 したがって、D4-D5-E6 モデルのヒッグス場は、Spin(0,6) 共形対称から Spin(0,5) de Sitter ゲージ対称への破れから生じ、そこから (ねじれを伴う) アインシュタイン・ヒルベルト重力を構築することができます。 MacDowell-Mansouri メカニズム。 時空の欠陥の理論としてのアインシュタイン-カルタン理論では、gr-qc/0306029、M. L. Ruggiero と A. Tartaglia は次のように述べています。

"... アインシュタイン・カルタンの重力理論と弾性媒体の欠陥に関する古典理論が提示され、比較されます。前者は一般相対性理論の拡張であり、4 次元時空間を指しますが、後者は次のように紹介します。三次元連続体の平衡状態の説明これらの重要な違いにもかかわらず、類似はそれらの共通の幾何学的基礎に基づいて構築されており、曲率とねじれのある時空間は 4 つの状態と見なすことができることが示されています。 - 欠陥を含む次元連続体 ... ねじれとは、多様体のアイン接続の非対称部分を指し、一般相対性理論では、ねじれはゼロであると想定されます. ... 物理的な観点から、ECTのねじれはスピンによって生成される.したがって、ECTでは物質の本質的かつ基本的な性質である質量とスピンの両方が時空間の構造に影響を与える.... ... 欠陥の理論でのねじれの使用を説明することにより、ねじれの概念を紹介したいと思います。曲率とねじれは、材料の連続体の幾何学的特性を説明するために使用されます。 ... アインシュタイン・カルタンの重力理論と欠陥理論には類似の基本方程式があり、それらの基礎となる幾何学的構造の類似点と相違点を強調します。 ... ... Trautman ... ねじれの影響を推定するために、「カルタン」半径という特徴的な長さを導入しました。条件を達成するには ... [その] スピン効果 ... 質量効果と同じ順序である ... あるいは、電子の物質密度が [約] 10^47 g cm^(-3) の場合-様物質と 10^54 g/cm^(-3) 核子様物質... 質量 m の核子は、その半径がカルタン半径 r_Cart と一致するように圧縮されるべきであると想像することができます。核子は r_Cart = 10^(-26) cm であり、巨視的なスケールと比較すると非常に小さいが、プランク長よりも大きい。したがって、重力の量子理論を実現するには、ねじれを考慮に入れる必要があります。 ...
... 形式的には、アインシュタイン・カルタン場の方程式は、少なくとも欠陥が小さい場合は、線形近似を使用できるように、3 次元連続体の欠陥状態を記述します。この類推は保存方程式によって完成されます。保存方程式は、幾何学的同一性として記述され、転位とディスクリネーションの正しい保存則を示します。 ... では、線形化された理論におけるこの 3 次元の対応から始めれば、3 + 1 の時空の状況について何か言うことは可能ですか? ... 3 次元から 4 次元に移行する場合、媒体の幾何学的記述に重要な違いがあります。 3 次元では、ディスクリネーションの効果は曲率を生み出すことであると言えます。アインシュタイン テンソル Gij を使用して非互換性方程式を記述しましたが、曲率テンソルとアインシュタイン テンソルが等価であるとは明言しませんでした。 3 次元では、それらが同じ数の独立した成分を持っていることはよく知られています。つまり、曲率テンソルがゼロの場合、アインシュタイン テンソルもゼロであり、その逆も同様です。欠陥が存在すると、非自明なアインシュタイン テンソルが生成されます。これは、曲率テンソルがゼロではないことも意味します。アインシュタインのテンソリがゼロであっても曲率を持つことができるため、4 次元 (またはそれ以上) では同じ対応は成り立ちません。特に、音源から遠く離れた場所では、曲率テンソルが非ゼロになる可能性があります。実際、これは一般相対性理論でも起こります。なぜなら、時空はソースから遠く離れても曲がっているからです。類推を 4 次元のコンテキストに拡張すると、欠陥の影響は多様体を介して伝播し、3 次元のように純粋に局所的ではないことを期待する必要があります。 Kleinert ... 線形化されたアプローチを採用し、ねじれと曲率を持つ時空は、「特異座標変換」を使用して平坦な時空から生成でき、転位とディスクリネーションで満たされた媒体と完全に同等であることを示しました。言い換えれば、彼の特異な座標変換は、相容れない状態をもたらす塑性変形の時空等価である...したがって、少なくともこの近似では、時空は欠陥状態と見なすことができ、欠陥は他に何もない.質量、質量電流、スピン。次に重要な点は、線形近似を超えようとすることです。 線形化された理論を使用するために、以前の比較は小さな欠陥を想定して行いました。すでに述べたように、この仮定は、ディスクリネーションの密度を定義するための基本です。また、実際の物体には欠陥のサイズに物理的な制約があることも考慮しなければなりません。追加または欠落した物質が構造に亀裂を生じさせるようなものであってはなりません。したがって、現象学的観点からは、通常、線形フックの法則が使用される欠陥の弾性理論の場合のように、線形理論を使用することで十分であることがよくあります。
ただし、曲率とねじれは、平行移動手順によって常に幾何学的に導入できます... 曲率とねじれを支配する方程式には近似が含まれていないため、幾何学的処理の観点から線形化は必要ありません。 ... ... 媒質の状態を特徴付ける四次元方程式 ... [である] ... 非互換性方程式の非線形一般化 ... ねじれと転位テンソル間の比例性。 ... [それら]... と ... アインシュタイン・カルタン場方程式 ... の間の対応 ... [ねじれと転位テンソル間の比例性について]... を使用してPalatini テンソルの定義 ... ... すると、アインシュタイン・カルタン時空は 4 次元連続体の欠陥状態とみなすことができ、この連続体の力学特性を表す方程式は、空間の非互換性方程式とねじれ源方程式に対応します。 -時間。この対応は、アインシュタイン・カルタン理論の興味深い類似点です。この類推の意味は、欠陥の線形理論で三次元方程式を使用するとき、物理的根拠で明らかになります。転位密度はモーメント応力テンソルに類似し、欠陥の総密度は次のようになります。力応力テンソル。 ... このアナロジーでは、半直積 P(10) = SO(1,3) x T(4) によって定義されるポアンカレ群が、R3 のユークリッド群の代わりになります。この場合、6 種類のディスクリネーションのような変形と 4 種類の転位のような変形があり、トポロジカルな欠陥で満たされた 10 の異なるリーマン カルタン空間が生成されます。 ... T (4) 内のバーガースベクトル B と SO(1,3) 内のフランク行列 G は、線状欠陥領域の周りのリーマン・カルタン空間 U4 における四面体の平行移動によって定義されます。このように、曲率とねじれのある時空は、転位とディスクリネーションで満たされた歪んだ媒体と考えられています...」.

 

  Einstein-Hilbert gravity as a spin-2 field theory in flat spacetime:

D4-D5-E6-E7-E8 VoDou 物理モデルの物理 4 次元 SpaceTime は、RP1 x S3 によってグローバルに、ミンコフスキー空間によってローカルに連続的に近似される 4 次元ハイパーダイヤモンド格子 SpaceTime であり、重力は 15- MacDowell-Mansouri 機構による次元共形群スピン (2,4)。 一般相対性理論の曲がった時空は、基本的なものとは見なされていませんが、平坦な時空における質量のない重力子の線形スピン 2 場の理論から始めて、高次の項を追加してアインシュタイン・ヒルベルト重力 (宇宙定数なしで - 宇宙定数を取得するには、大規模なスピン 2 重力子を使用します)。 したがって、観測された曲がった時空は、観測できない平らな時空に基づいています。

リチャード・ファインマンの著書 Lectures on Gravitation (1962 年から 1963 年にカリフォルニア工科大学で講演)、Addison-Wesley 1995 には、Brian Hatfield による量子重力に関するセクションが含まれています。質量のないスピン 2 場が測定基準として解釈できるという事実は、単に「偶然の一致」だった... 散乱だけでなく静的な力を生み出すために、[対のいずれかの粒子による単一の重力の放出または吸収]粒子の] 両方の粒子を同じ内部状態にしておかなければならない ... したがって、重力理論は整数スピンを持たなければならない. ... 交換粒子が奇数の整数スピンを持っているとき、電荷が反発し、反対の電荷が引き合うように ... 交換された粒子が運ぶとき整数スピンでさえ、ポテンシャルは普遍的に魅力的...交換された粒子がスピン 0 であると仮定すると、スピン 1 光子への重力の結合が失われます ... 重力は長距離の力であるため、重力は質量ゼロですそして、エネルギーを結合できるようにするためにスピン2です普遍的な引力を持つ物質の内容 ... したがって、重力場はランク 2 のテンソル場で表されます ... 反対称部分は 2 つのスピン 1 フィールドのように振る舞います ... したがって、捨てるべきです。これにより対称テンソル場が残ります...より高いスピンの可能性は無視されます...".
ファインマンの本には、ジョン・プレスキルとキップ・S・ソーンによる序文も含まれており、その中で彼らは次のように述べています。摂動理論の 1 ループ次数でユニタリティを維持するための量子化理論 ....最終的には DeWitt ... および Faddeev と Popov ... ヤン・ミルズ理論と重力の共変量子化を任意に一般化する方法を考案したのは ...ループ順序...」。 Frank Wilczek は、Physics Today の記事 (2002 年 8 月、10 ～ 11 ページ) で次のように述べています。再正規化理論が標準モデルでどのように機能するか、そしてそれがどのように重力を含むように拡張するかは、標準モデル自体では、すべての積分を修正するために有限数のパラメータを指定するだけでよいのに対し、重力を含めた後、無限の数が必要です. . しかし、それは大丈夫です. ... 処方箋は、すべての非最小結合項の係数をある基準エネルギースケールでゼロにすることです ... プランクスケールよりもはるかに下 ... 結果 ... は ... はるかに下です.観察の限界...」。 ハットフィールドは、量子重力のセクションで次のようにも述べています。「...場が量子化されると、場の各モードはゼロ点エネルギーを持ちます。場は無数のモードで構成されているため、その真空エネルギーは場の量子場は無限です. この無限は場の演算子の通常の順序付けによってすぐに処分されます. そうすることを正当化する理由は、私たちは単にエネルギースケールのゼロ点を再定義しているだけであり、それは最初から任意です.すべてのエネルギーに重力を加えると、これを避けることができなくなります. ... このような真空エネルギー密度は、重力理論では宇宙定数として現れます. ... これは大きな問題です. ...ある種の隠れた対称性が理論の純粋な重力理論を有限にするかもしれないという希望でした. しかし、2 ループ補正のコンピュータ計算は、この希望を打ち砕く発散的な結果をもたらしました. ... 紫外線の振る舞いを改善する 1 つの方法は、より多くの対称性を理論に組み込むために... 1 つのポップこのアプローチは「超重力理論」と呼ばれる ... 「超対称性」と呼ばれるボソニック場とフェルミオン場の間の対称性に基づく ... 残念ながら、時空の次元が 4 の場合、潜在的なカウンタータームがまだ存在する (7 つのループから始まる最良の場合）。 ...」. [D4-D5-E6-E7-E8 Vodou 物理モデルには、重力だけでなく、標準モデルと重力の両方が含まれていることに注意してください。問題。]
プレスキルとソーンは序文で次のようにも述べている.「...講義...[含まれる]...一般相対性理論の基礎への珍しいアプローチ...そのアプローチは...質量のないスピンの理論を発展させる. -2 場 (重力子) は、物質のエネルギー運動量テンソルと結合しており、理論を自己無con着にする努力が必然的にアインシュタインの一般相対性理論につながることを示している....このような主張をしたのは、フェインマンが最初ではなかった. . ... 自由な質量のないスピン 2 場のフィールド方程式は、1939 年にフィアーツとパウリによって書き留められた .... ロバート・クライクナン ... 質量のないスピン 2 の一貫した理論として一般相対性理論を導き出す問題を研究した彼は 1946 年から 47 年の未発表の学士論文で自分の結果を説明した ... クライクナンは重力が全エネルギー運動量テンソルに結合するとは想定していなかった ... 彼はこの結果を場の一貫性の結果として導き出した. equatiions. .... Kraichnan は、Instit でこの問題を追求し続けました。 1949 ～ 50 年に高等教育を受ける。 ...彼はブライス ドウィットからいくらかの励ましを受けました ... アインシュタイン ... アインシュタイン自身が苦労して獲得した幾何学的洞察を拒否する重力へのアプローチにぞっとしました。 ... クライヒナンは ... 1955 年まで発表しなかった ... 1954 年の論文で ... Suraj N. Gupta ... 次のように進む: 「ソース」が質量のないスピンに結合する理論を構築したい-2 フィールド h_uv は、スピン 2 フィールド自体のエネルギー運動量を含むエネルギー運動量テンソルです。ソースが自由場理論のエネルギー運動量テンソル 2T^uv (h では 2 次) であるように選択されている場合、このソースを h_uv に結合すると、ラグランジアンの 3 次項が誘導されます。ラグランジアンのこの立方項から、エネルギー運動量テンソルの対応する立方項 3T^uv を推測でき、これがソースに含まれます。これにより、4 次項 4T^uv などが生成されます。反復手順は、完全な非線形アインシュタイン方程式を生成するために合計できる無限級数を生成します。 ... 議論の最初の完全版 (および特にエレガントなバージョン) は、1970 年に Deser によって発行されました。 Stanley Deser の論文 Gen. Rel。重力1 (1970) 9-18 は、Misner, Thorne, and Wheeler, Gravitation, Freeman 1973, pp. 424-425 に記載されています。等価原理を意味する普遍的な結合に私たちを導いた. ... [] 最初の平らな「背景」空間はもはや観測されない」 言い換えれば、アインシュタインの場の方程式へのこのアプローチは、「曲率のない曲率」または - 同様に - 「平らな時空のない平らな時空」として要約することができます。 ……」。 Preskill と Thorne は、序文で次のようにも述べています。「... ワインバーグは、... 重力子散乱振幅の分析特性に関する非常に合理的な仮定から... 相互作用する質量のないスピン 2 粒子の理論は粒子が普遍的な強さで物質 (それ自体を含む) と結合する場合、つまり、等価性の強い原則が満たされる場合にのみ、ローレンツは不変である.... 等価性の原則が確立されると、次の構築に進むことができる.アインシュタインの理論……」。 スティーブン・ワインバーグは著書『重力と宇宙論』(Wiley 1972) の序文で次のように述べている.強い、弱い、電磁的な相互作用が幾何学的な用語で理解できると期待してはいけないと教えてくれました.そして、幾何学的に強調しすぎると、重力と他の物理学との深いつながりをあいまいにするだけです.リーマン幾何学の代わりに、私は一般相対性理論の議論は、実験から導き出された原理、つまり重力と慣性の等価性の原理に基づいている. ... リーマン幾何学は、等価原理を活用するための数学的ツールとしてのみ現れ、重力理論……」。

局所的なミンコフスキー空間ではなく、一般相対性理論の湾曲した空間時間で開始すると、15 次元共形群 Spin(2,4) によるミンコフスキー空間時間の共形変換が共形変換に対応することがわかります。一般相対性理論の 4 次元 SpaceTime M4 の一般相対論的座標変換のグループ Diff(M4) の無限次元共形サブグループによる湾曲した SpaceTime の共形サブグループは、共形構造を維持し、共形構造を維持する一般相対論的座標変換として定義されます。ワイル共形群と呼ばれる無限次元の共形サブグループ。 (ワードとウェルズ、ツイスター幾何学と場の理論、ケンブリッジ 1991、p. 261 を参照してください。) 4 次元の曲率である時空の曲率を調べるには (Misner, Thorne, and Wheeler, Gravitation, Freeman 1973 を参照)、256 = 4^4 の成分テンソル Rabcd から始めて、曲率 Rabcd = R[ ab][cd] = R[cd][ab] および R[abcd] = 0 および Ra[bcd] = 0 で、リーマン曲率テンソル Rabcd に 20 個の独立した成分があることがわかります。次に、Rabcd を 10 成分の対称 Ricci テンソル Rab と 10 成分の共形トレースレス ワイルテンソル Cabcd に分解します。次に、アインシュタイン テンソル Gab は Gab = Rab - (1/2)R で与えられます。ここで、R はスカラー曲率です。リーマン テンソル Rabcd はビアンキ アイデンティティに従い、アインシュタイン テンソル Gab は収縮ビアンキ アイデンティティに従う唯一の収縮であり、幾何学的に境界の境界がゼロであることを意味します。スピノールまたはツイスターの用語で書かれたリーマン、リッチ、および共形ワイル テンソルを表示するには、ペンローズとリンドラー、スピノールと空間時間、vols を参照してください。 1 と 2、ケンブリッジ 1986 年。ペンローズ (エンペラーズ ニュー マインド、オックスフォード 1989)放射線の波を運ぶ電磁場。

一般相対性理論の曲がった時空から始めて、Sardinashvily の共形重力とヒッグス構造を定式化する場合、15 次元の共形群 Spin(2,4) を無限次元のワイル共形群に置き換えます。 gr-qc/9805083 の Gyngazov、Pawlowskiy、Pervushinz、および Smirichinski の一般相対性理論と共形統一理論における適切な時空力学に非常によく似たものを得るかもしれません。彼らのモデルでは、D4-D5-E6 モデルと同様に、ラグランジアンにはヒッグス機構によってリンクされている 2 つのセクターがあります。そして、陽子質量のエネルギーである特徴的なエネルギーを持つ内部対称空間に作用する標準模型セクター. ギンガゾフ、パウロウスキー、ペルブシン、スミリチンスキーが言うように、「...大まかに言うと、プランク質量は陽子の多重度に他なりません。質量...」であり、D4-D5-E6 モデルが言うように、プランク質量/プロトン質量比は 10^19 のオーダーです。 Gyngazov、Pawlowski、Pervushin、Smirichinski の共形統一理論には、ニュートリノなどのスピノール粒子が含まれています。スピノールの SpaceTime 変換は、開始空間ポイントで終了する空間ループを一周すると、4 次元でねじれ変位を生成します。ねじれを伴う重力は、独立変数としての接続を変化させるというカルタンの観点から、またアインシュタインの観点から変化するメトリックに由来します。カルタンの観点からは、ねじれは伝播せず、ねじれのスピンへの結合は重力定数 G の大きさである (Gockeler and Schucker, Differential Geometry, Gauge Theories, and Gravity, Cambridge 1987, p. 71, and Freund, Supersymmetry 、ケンブリッジ 1986 年、p.104-105)。コンフォーマル ワイル曲率は、Buchbinder、Odintsov、および Shapiro の著書『Effective Action in Quantum Gravity』(IOP 1992) で、ねじれとスピンに関連して議論されています。 Donoghue は、重力を低エネルギーでの有効場の理論として定式化する方法を示しました。彼は短い調査記事も書いています。


散逸量子脳モデル

BRAIN NEWS

 

Quantum Dissipation and Information: A route to consciousness modeling

 

 

Giuseppe Vitiello

 

6 Dissipation and Consciousness

このセクションでは、散逸量子モデルの数学的特徴によって示唆されるいくつかの推測と解釈を提示します。以下に示す解釈とコメントに関連する多くの質問を明確にするためには、まだ多くの作業が必要です。しかし興味深いことに、モデルのいくつかの数学的特徴は、すでに研究のこの段階で、意識研究および関連する問題に対して、定性的ではあるものの、驚くほど広範囲にわたる影響を及ぼしている可能性があります。以下では、他の理論的アプローチによって導き出された結論は考慮せず、すべての記述は常に散逸的量子モデルのフレームワークに限定され、参照されます。 A と √ の結合は、散逸モデルの非線形動的特徴を表します。 ダイナミクスの非線形性は、A システムの自己相互作用または逆反応プロセスを表します。したがって、このような自己結合または自己認識プロセスにおいても役割を果たします。 √ システムは、時間イメージの鏡、または A システムの時間反転コピーです。それは実際には A システムを複製し、A システムの Double であり、それを排除することはできないため、A システムをその Double から切り離すことはできません。自己相互作用プロセスにおける √ モードの役割から、チルダ システムが実際に意識メカニズムに関与しているのではないかと推測できます (Vitiello 1995; 2001)。散逸は、対話する 2 番目の人物、つまりダブルまたはソシア (プラウトゥス、紀元前 189 年) として現れます。 このように意識は、脳の散逸ダイナミクスの現れとして現れるようです。このように、意識は主観的なダイナミクスによってのみ特徴付けられるのではないようです。それどころか、そのルーツは、脳（主体）と外界との永続的な取引、システムAとそのシステムに永続的に結合されたソシアまたはダブルÅとの間の動的関係に根ざしているようです.意識は、外界への開口部を通して到達します。散逸の重要な役割は、自己ミラーリングがもはや自己トラップではなく (ナルキッソスの場合のように)、意識的な対象はモナドではありえないということです。意識は、散逸、外界への開放が許されている場合にのみ可能です。客観的な外界がなければ、脳が開かれたシステムになる可能性はなく、√システムもまったく存在しません。外界のまったく同じ存在は、脳が独自の主観的なシミュレーション、世界の独自の表現を構築するための前提条件です。散逸量子モデルと自由度の 2 倍と、「2 つの世界」または Taborsky 2000 で分析された 2 次元の現実との可能な関係について尋ねるのは興味深い質問です。 外界からの情報入力は、世界のイメージです。 A によって記録されると、それらは A のイメージになります: √ は A のアドレスであり、A と識別されます (コピーです)。対称性の否定としての記憶は、物事を区別できなくします (Vitiello 1998; 2001)。文字通り古代ギリシャの αληθεια である非忘却としての記憶。彼らが真実を表すために同じ言葉を使っていたのは興味深いことです。 セクション 4 で既に述べたように、相関領域のサイズの有限性は、メモリーの記録にいくらかのエネルギー (dwq の非ゼロ有効質量によって必要とされるもの) が必要であることを意味します。これは、必然的に、私たちが受け取る多くのインプットの中から積極的な選択をするように導かれることを示唆しています.私たちは、エネルギーを費やす価値があると判断したものだけを記録します.言い換えれば、私たちが価値を帰属させるものであり、私たちのコミットメント (感​​情) が関係しています。これらの選択された入力を通じて受け取った特定の情報が、私たちの記憶となり、真実になります (実際、αληθεια)。そのような価値観の地図の中で、私たちの記憶が私たちのアイデンティティーを表すのはここにあります。実際、数学的に言えば、このモデルでは、脳の状態は記憶コードの集まりによって識別されます。散逸モデルのこれらの提案を、他の理論モデルにおける価値と感情を含むメカニズムと関連させて考えることは興味深いでしょう (例えば、Perlovsky 2001 を参照)。これは今後の分析に任せます。

散逸モデルは、特定の状態での固い固定またはトラップも除外します。このような可塑性は、私たちが単なる傍観者や受動的な認識の犠牲者ではないことを意味します。能動的な知覚、私たちの能動的な選択は、世界との継続的な相互作用にも関係しています。Freeman は、脳が実際に意味を形成するのではなく処理することを強調しています (Freemann 2000)。彼の見解では、意味は意図された行動であり、つまり、意味は対象に属し、対象にあり、その対象の能動的知覚から生じ、これには志向性が含まれます。適応システムとしての脳は、過去の記憶、つまり決定論的に前進する原因の知識を、目的指向の活動 (フリーマンの意図した行動) と、目的論的に未来に引き寄せる現在の活動とを永久に結び付けます。ここでの推測は、チルダ モードは単なる表現ではなく、意味または意味のある表現を表現するというものです。 したがって、散逸モデルは、人が積極的な世界観に到達することを示唆しているように見える (Vitiello 1998; 2001; Desideri 1998)。しかし、そのような不誠実は貴重です。主題を特定する価値の地図を探さなければならないのは、まさにこのような不誠実さの中にある。外部信号が感覚、意味を獲得するのは、上記のプロセスにおいてです。これらの問題に関する散逸モデルと他の理論的スキーム (Perlovsky 2001 など) との比較は非常に興味深いものですが、本論文の課題を超えています。 上記の自己認識プロセスには、対象と環境の相互作用の制御ループだけでなく、リフレクション ループも含まれることに注意してください。自己識別プロセスのため、これらのループは自己参照ループです (Cordeschi et al. 1999)。 最後に、散逸的量子モデルは、意識的アイデンティティが、現在において、過去を未来から分離する最小エネルギーの脳状態として、いつでも出現することを示唆しているようだ.と √ 一緒に参加します。そのようなミラーリングがない場合、過去の意識も未来のその投影もありません.つまり、意識は外部世界に開かずに、主体 (一人称) の内的活動だけから生じないということです.散逸的量子モデルでは、脳のダイナミクスの内在的な散逸的特性は、分離できない自分自身の二重との対話としての意識を強く示しています (Vitiello 1998; 2001)。今後の研究でこれらの問題を明らかにすることは困難な課題です。

 

物理学者は、生きている生き物の記憶をテレポートする新しい方法を提案します

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物理学者は、生きている生き物の記憶をテレポートする新しい方法を提案します

 

 

 

映画のようにオブジェクト全体をある場所から別の場所にテレポートする可能性は、現在および近い将来の能力をはるかに超えていますが、私たちの存在の記憶については同じことが言えません。 物理学者は、生物の記憶を別の場所にテレポートさせる方法を初めて提案し、シュレディンガーの猫のような状態を作り出す方法も提案しました。この生物は、理論的には同時に 2 つの場所に存在します。この段階では、細菌に対してこれを行う方法を見つけただけですが、それを習得することが、より複雑なものをテレポートするための鍵になる可能性があると述べています。 「微生物を同時に 2 か所に配置する簡単な方法を提案し、微生物の量子状態をテレポートするスキームを提供します」と、パデュー大学の Tongcang Li 氏は述べています。 「私たちの型破りな仕事が、微生物の量子テレポーテーションと将来のその潜在的な応用について真剣に考えるようになることを願っています。」 生き物の記憶について話すとき、私たちはその生命についての記憶について話しているのではありません。それは、原子レベルでの生物の存在の記憶、つまり内部量子状態です。 この研究は、オーストリアの物理学者エルヴィン・シュレーディンガーが1935年に発表した研究に言及している.この研究では、猫は「重ね合わせ」として知られるさまざまな状態で、観察されるまで一度に2つ以上の場所に存在する可能性がある.基本的に、猫は実際に誰かがそれを観察するまで、さまざまな場所で死んだ状態と生きている状態の両方にいる可能性があります。 このアイデアは、量子コンピューターを非常にエキサイティングなものにする核心にあり、現在のコンピューターのバイナリ コードを構成する 0 と 1 の組み合わせに制限されるのではなく、量子コンピューターで使用される量子ビットは、両方の重ね合わせ状態にすることができます。 0 と 1 および任意の瞬間、処理能力を数桁拡大します。 Li と彼の同僚は、マイコプラズマと呼ばれる一般的な細菌種を冷却して凍結状態にすると、シュレディンガーの猫が理論的に最終的に到達したような量子重ね合わせ状態を実現できるだけでなく、その状態を許容できると述べています。他の場所にテレポートされる量子状態。 基本的に、電気機械膜発振器と呼ばれるデバイスの上に生きた細菌を置き、両方を極低温まで冷却します。今月初めに発表された研究によると、これらの温度では振動膜を重ね合わせ状態にすることが可能であり、その上に座っている細菌にも同じことが起こることが示唆されています。 「私たちは、単に小さな微生物をアルミニウム膜の上に置くことを提案します。アルミニウム膜が重ね合わせ状態にあるとき、微生物も重ね合わせ状態になります。原理は非常に簡単です」と李氏はガーディアンのイアン・サンプルに語った. バクテリアが重ね合わせ状態を達成したので、研究者たちは、超伝導マイクロ波回路を使用して、その内部の量子状態の記憶を別の生物にテレポートできると言います。彼らは自分たちの考えを以下に説明します。 「磁場勾配が強いと、グリシン ラジカルの電子スピンなどの微生物の内部状態が、その質量中心運動と絡み合い、離れた場所の微生物にテレポートすることができます。生物の内部状態は、情報が含まれている場合、この提案は、2 つの離れた生物の間で情報または記憶をテレポートするためのスキームを提供します。」 Li は The Guardian に対し、実験のこの 2 番目の部分は実際に有用なものになる可能性があると語った - たとえば、微生物の DNA やタンパク質の欠陥を検出したり、単一電子スピン感度で微生物を画像化するために使用できる可能性がある。 . 明らかに、これは純粋に理論的なものであり、李自身もそれが「型破り」であることを認めていますが、今月初めに物理学者が、ブラックホールに吸い込まれた物質の記憶は、量子に似たメカニズムのおかげで回復できると提案しました。テレポーテーションの場合、科学者はおそらくこの一連の思考を、それがもはや意味をなさなくなるまで追求するでしょう。一緒に乗れるだけでうれしいです。 この研究は、Science Bulletin 誌に掲載されました。

対称ベル状態の光子間の相互作用

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The effect of entanglement in gravitational photon-photon scattering Dennis R ̈atzel, Martin Wilkens, Ralf Menzel University of Potsdam, Institute for Physics and Astronomy Karl-Liebknecht-Str. 24/25, 14476 Potsdam, Germany 摂動量子重力で計算された重力光子-光子散乱の微分断面積は、2つの光子の分極エンタングルメントの程度に依存することが示されています。 対称ベル状態の光子間の相互作用は、絡み合っていない光子間の相互作用よりも強くなります。 対照的に、反対称ベル状態の光子間の相互作用は、絡み合っていない光子間の相互作用よりも弱いです。 結果は量子干渉の観点から解釈され、距離に依存する力の概念にどのように適合するかが示されています。 I. INTRODUCTION エンタングルメントは本質的に量子力学的特性です。これは、有名なベルの実験[1、2]などの非古典性の検定の基礎です。したがって、物理システムの絡み合いが重力の相互作用に及ぼす影響は、量子力学と重力の重なり合いにあり、一般的な物理的関心の問題になります。 この記事では、重力の影響を調査します-PQGでのエンタングルメントの影響-重力フォトンの断面積-エンタングルされたフォトンではなく、偏光エンタングルされたフォトンのフォトン散乱。最初に、PQGでの重力光子-光子散乱の偏光平均微分断面積の導出について簡単に説明します。次に、偏光もつれ光子について考察します。最後に、最初に量子干渉の観点から、次に2粒子状態の局在化の観点から、微分断面積に対するエンタングルメントの影響の解釈を示します。 VI. CONCLUSIONS 摂動量子重力（PQG）の枠組みでは、2つの光子の散乱の微分断面積が[17]と[9]で導き出されました。 [17]で、光子間の重力相互作用の偏光への依存性が弱い等価原理と矛盾することはすでに指摘されています。 [9]と[17]の結果を使用して、極性化が絡み合った光子が対称ベル状態でより多く引き寄せられ、反対称ベル状態ではより少なく引き寄せられることを示しました。 PQGの光子-光子散乱の微分断面積を量子電磁力学のそれと比較しました。エンタングルメントに同じ依存性を示すことがわかりました。結果を量子干渉の意味と局所化された粒子の意味で解釈しました。私たちの結果は、これらの粒子間の距離とともに減衰する力を介して相互作用する粒子のアイデアに自然に適合することがわかりました。これをより詳細に解明するために、光子波束の相互作用に私たちのアプローチを適用することは価値があるかもしれません。 これらの結果が[18]の結果とどのように関連しているか、エンタングルメントが異なる局在の重ね合わせ状態における単一粒子の重力自己相互作用にどのように影響するかを見つけることは興味深いでしょう。 [18]で考慮されている最大に絡み合った状態は対称状態です。 [18]では、半古典的重力のフレームワークが、その固有の概念的問題すべてとともに使用されました（半古典的重力の概念的問題の詳細については、[19–23]を参照してください）。これらの概念的な問題を無視したとしても、ここに示した結果を半古典的な重力で導き出すことはできません。ここで私たちが見つけた効果は、光子の重力相互作用の偏光方向への依存性に依存していますが、古典的な光の重力場はその偏光方向とは無関係です[24]。 アインシュタイン-カルタン理論やポアンカレ-ゲージ重力理論[25]のようなねじれを伴う重力理論では、光の重力場は分極方向に依存します。しかし、これらの理論では、電磁場は、ゲージ不変性を失うことなく、重力場に最小限に結合することはできません[26]。 非最小結合に頼らなければならず、それは構成テンソルの修正につながります。このような変更に対処する1つの方法は、[27]および [28]。このフレームワークを使用して、半古典的アプローチでフォトンの分極依存重力相互作用を調査し、結果をここに示す結果と比較することができます。 概念を厳密にするために、次の一般的な境界定式化で絡み合った光子の重力相互作用を検討することも興味深いでしょう。 場の量子論[29、30]、散乱過程はコンパクトな時空領域に制限することができます。重力を調査することも非常に興味深いでしょう。 ループ量子重力などの量子重力の背景に依存しないフレームワークにおけるエンタングルメントの影響。

ラッカーゼは、バイオ燃料生産における前処理剤

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Laccase applications in biofuels production: current status and future prospects

Tukayi Kudanga  1 , Marilize Le Roes-Hill

 

 

 

グリーンエネルギーへの推進力と相まって、減少の一途をたどる化石燃料の埋蔵量への依存を減らしたいという願望は、代替エネルギー源としてのバイオ燃料の研究の増加を見てきました。リグノセルロース材料は、高度なバイオ燃料生産のための最も有望な原料の1つです。しかし、それらの利用は多糖類の効率的な加水分解に依存しており、リグニンを除去または修飾し、糖を加水分解酵素に放出または曝露するためのバイオマスの費用効果が高く良性の前処理に部分的に依存しています。ラッカーゼは、バイオ燃料生産における前処理剤として、主に脱リグニン酵素としてだけでなく、その後の酵素プロセスの阻害剤（主にフェノール）を除去するためのバイオテクノロジーツールとしても使用できる可能性があると調査されている酵素の1つです。現在のレビューでは、潜在的な前処理戦略としてのラッカーゼの適用における主要な進歩、基礎となる原理、およびバイオ燃料生産のためのより優れた酵素ベースの技術を探すための将来の研究の方向性について説明しています。将来の展望には、最適な結果を得るために必要となる可能性のある酵素間の相乗効果と、生物経済戦略のグローバルな実施に向けた動きに沿ったバイオリファイナリーの概念の採用が含まれる可能性があります。

 

 

 

Cited by 26 articles

 

酵素バイオ燃料電池

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Enzymatic biofuel cell

 

 

酵素バイオ燃料電池は、貴金属ではなく、酵素を触媒として燃料を酸化する特定の種類の燃料電池です。 酵素バイオ燃料電池は、現在研究施設に限定されていますが、比較的安価なコンポーネントと燃料、および生体工学的インプラントの潜在的な電源という点で、その約束が広く評価されています。

 

 

操作

グルコースと酸素を使用した酵素バイオ燃料電池の一般的な図。青い領域は電解質を示します。 酵素バイオ燃料電池は、すべての燃料電池と同じ一般原則に基づいて機能します。触媒を使用して親分子から電子を分離し、ワイヤーを介して電解質バリアを通過させて電流を生成します。酵素バイオ燃料電池が従来の燃料電池と異なるのは、使用する触媒と受け入れる燃料です。ほとんどの燃料電池は触媒としてプラチナやニッケルなどの金属を使用しますが、酵素バイオ燃料電池は生細胞に由来する酵素を使用します（ただし、生細胞内ではありません。全細胞を使用して燃料を触媒する燃料電池は微生物燃料電池と呼ばれます）。これは、酵素バイオ燃料電池にいくつかの利点をもたらします。酵素は比較的大量生産が容易であるため、規模の経済の恩恵を受けますが、貴金属は採掘する必要があるため、供給に弾力性がありません。酵素はまた、自然界で非常に一般的な糖やアルコールなどの有機化合物を処理するように特別に設計されています。ほとんどの有機化合物は、燃料電池の機能中に炭素分子と酸素との相互作用によって形成される一酸化炭素が、燃料電池が依存する貴金属をすばやく「毒」し、それを役に立たなくするため、金属触媒を備えた燃料電池によって燃料として使用することはできません。 。[1]砂糖やその他のバイオ燃料は大規模に栽培および収穫できるため、酵素バイオ燃料電池の燃料は非常に安価であり、世界のほぼすべての地域で見つけることができます。したがって、ロジスティクスの観点からも非常に魅力的なオプションになります。再生可能エネルギー源の採用に関心のある人にとってはなおさらです。 酵素バイオ燃料電池には、従来の燃料電池にはない動作要件もあります。最も重要なことは、燃料電池の動作を可能にする酵素が適切に機能するために、アノードとカソードの近くに「固定化」されている必要があるということです。固定化されていない場合、酵素は細胞の燃料に拡散し、放出された電子のほとんどは電極に到達せず、その有効性を損ないます。[2]固定化されている場合でも、電子が電極との間で移動するための手段も提供されなければならない。これは、酵素から電極に直接（「直接電子移動」）、または酵素から電極に電子を移動する他の化学物質を使用して（「媒介電子移動」）行うことができます。前者の手法は、活性化部位が酵素の表面に近い特定の種類の酵素でのみ可能ですが、そうすることで、人体の内部で使用することを目的とした燃料電池の毒性リスクが少なくなります。[2]最後に、酵素バイオ燃料電池で使用される複雑な燃料を完全に処理するには、「代謝」プロセスの各ステップに一連の異なる酵素が必要です。必要な酵素のいくつかを生産し、それらを必要なレベルに維持することは問題を引き起こす可能性があります。[3]

 

 

歴史

20世紀初頭に始まったバイオ燃料電池の初期の研究は、純粋に微生物の種類によるものでした。[1]バイオ燃料電池の酸化に酵素を直接使用する研究は1960年代初頭に始まり、最初の酵素バイオ燃料電池は1964年に製造されました。[1] [4]この研究は、宇宙船で人間の排泄物を使用可能なエネルギーにリサイクルする方法を見つけることへのNASAの関心の産物として、また特に人体に直接投入できる電源としての人工心臓の探求の要素として始まりました。 。[5]これらの2つの用途-燃料としての動物または野菜製品の使用と、外部からの燃料補給なしで人体に直接移植できる電源の開発-は、これらのバイオ燃料電池を開発するための主要な目標のままです。しかし、最初の結果は期待外れでした。初期のセルは正常に電気を生成しましたが、グルコース燃料から放出された電子を燃料電池の電極に輸送することは困難であり、酵素が離れる傾向があるため、システムを十分に安定して電気を生成することはさらに困難でした。燃料電池が機能するために必要な場所。[2]これらの困難により、バイオ燃料電池の研究者は酵素触媒モデルを30年近く放棄し、ほとんどの燃料電池で使用されている従来の金属触媒（主に白金）を支持しました。[2]このテーマの研究は、金属触媒法ではバイオ燃料電池に求められる品質を実現できないことがわかった後、1980年代まで再開されませんでした。それ以来、酵素燃料電池の研究は解決を中心に展開されてきました。成功した酵素バイオ燃料電池を製造するための初期の努力を悩ませていたさまざまな問題の。[2] しかし、これらの問題の多くは1998年に解決されました。その年、研究者はバイオ燃料電池の一連の酵素（または「カスケード」）を使用してメタノールを完全に酸化することに成功したと発表されました。[7]これまで、酵素触媒はセルの燃料を完全に酸化することができず、燃料のエネルギー容量について知られていることを考えると、予想よりもはるかに少ない量のエネルギーを供給していました。[3]メタノールは現在、この分野では燃料としての関連性がはるかに低くなっていますが、一連の酵素を使用してセルの燃料を完全に酸化する実証済みの方法は、研究者に前進の道を与えました。ブドウ糖などのより複雑な化合物。[2] [3]さらに、おそらくもっと重要なことは、1998年は酵素の「固定化」が成功裏に実証された年であり、これによりメタノール燃料電池の使用可能寿命がわずか8時間から1週間以上に延長されました。[2]固定化はまた、研究者に初期の発見、特に酵素から電極に電子を直接伝達するために使用できる酵素の発見を実践する能力を提供しました。このプロセスは1980年代から理解されていましたが、酵素を電極のできるだけ近くに配置することに大きく依存していたため、固定化技術が考案されるまで使用できませんでした。[2]さらに、酵素バイオ燃料電池の開発者は、カーボンナノチューブを使用して酵素を直接固定化するなど、ナノテクノロジーの進歩の一部を設計に適用しています。[2]他の研究では、酵素設計の長所のいくつかを利用して、燃料電池を劇的に小型化しています。このプロセスは、これらの電池を埋め込み型デバイスで使用する場合に発生する必要があります。ある研究チームは、酵素の極端な選択性を利用して、アノードとカソードの間の障壁を完全に取り除きました。これは、酵素タイプではない燃料電池の絶対的な要件です。これにより、チームはわずか0.01立方ミリメートルのスペースで0.5ボルト以上で動作する1.1マイクロワットを生成する燃料電池を製造することができました。[2] 酵素バイオ燃料電池は現在、実験室の外では使用されていませんが、技術が過去10年間で進歩したため、非学術組織はデバイスの実用化への関心が高まっていることを示しています。ソニーは2007年に、順番にリンクしてmp3プレーヤーに電力を供給するために使用できる酵素バイオ燃料電池を開発したと発表しました[8]。2010年に米陸軍に雇用されたエンジニアは、国防総省がフィールドを実施することを計画していると発表しました。翌年の独自の「バイオ電池」の試験。[9]両組織は、技術の追求を説明する際に、これらのセル用の燃料の並外れた豊富さ（および並外れて低い費用）を強調しました。これは、携帯型エネルギー源の価格が上がるとさらに魅力的になる可能性が高い技術の重要な利点です。または、それらを電子的な人間のインプラントにうまく統合できるかどうか。

 

 

触媒としての酵素の実現可能性

燃料電池に関して、酵素はそれらの組み込みにいくつかの利点があります。考慮すべき重要な酵素特性は、反応触媒作用を成功させるために必要な推進力または可能性です。多くの酵素は、燃料電池の用途に最も適した基質に近い電位で動作します。[10] [11] さらに、活性部位を取り巻くタンパク質マトリックスは多くの重要な機能を提供します。基質の選択性、内部電子結合、酸性/塩基性特性、および他のタンパク質（または電極）に結合する能力。[10] [11]酵素はプロテアーゼの非存在下でより安定していますが、耐熱性酵素は好熱性生物から抽出できるため、より広い範囲の操作温度を提供します。動作条件は一般的に20-50°CとpH4.0から8.0の間です。[10] [11] 酵素を使用する場合の欠点はサイズです。酵素のサイズが大きいため、スペースが限られているため、単位電極面積あたりの電流密度が低くなります。酵素のサイズを小さくすることは不可能であるため、これらのタイプの細胞は活性が低くなると主張されてきました。 １つの解決策は、高表面積を提供する導電性炭素支持体上に三次元電極または固定化を使用することであった。これらの電極は、酵素が結合する表面積を大幅に増加させ、電流を増加させる3次元空間に拡張されます。[10] [11]

 

ヒドロゲナーゼベースのバイオ燃料電池

バイオ燃料電池の定義によると、酵素はカソードとアノードの両方で電極触媒として使用されます。 ヒドロゲナーゼベースのバイオ燃料電池では、ヒドロゲナーゼは、分子状水素が電子とプロトンに分割されるH2酸化のアノードに存在します。 H2 / O2バイオ燃料電池の場合、カソードはオキシダーゼ酵素でコーティングされており、オキシダーゼがプロトンを水に変換します。[12]

 

エネルギー源としてのヒドロゲナーゼ

近年、水素に対する科学的および技術的関心により、ヒドロゲナーゼの研究が大幅に成長しています。 ヒドロゲナーゼによって触媒される双方向または可逆反応は、オンデマンドで使用する燃料として再生可能エネルギーを回収および貯蔵するための技術開発における課題の解決策です。 これは、エネルギー需要が少ない時期に、再生可能エネルギー源（太陽光、風力、熱水など）から得られた電力をH2として化学的に貯蔵することで実証できます。 エネルギーが必要な場合、H2を酸化して非常に効率的な電気を生成することができます。[12] エネルギー変換装置での水素の使用は、クリーンなエネルギー担体であり、潜在的な輸送燃料であるため、関心を集めています。[12]

 

 

 

   Feasibility of hydrogenase as catalysts

燃料電池に酵素を組み込むことに関連する前述の利点に加えて、ヒドロゲナーゼは、電子とプロトンを形成するH2消費のための非常に効率的な触媒です。白金は通常、この反応の触媒ですが、ヒドロゲナーゼの活性は、H2SおよびCOによる触媒被毒の問題なしで同等です。[12] H2 / O2燃料電池の場合、製品が水である温室効果ガスの生成はありません。[12] 構造上の利点に関して、ヒドロゲナーゼはその基質に対して非常に選択的です。ヒドロゲナーゼは酸素（阻害剤）と反応せず、カソード酵素（通常はラッカーゼ）は燃料と反応しないため、膜が不要なため、バイオ燃料電池の設計が小型でコンパクトになります[12]。電極は、好ましくは、豊富で再生可能であり、多くの方法で修飾することができるか、または高い親和性で酵素を吸着することができる炭素から作られる。ヒドロゲナーゼは、酵素の寿命を延ばす表面に付着しています。[10] [11]

  Challenges

バイオ燃料電池へのヒドロゲナーゼの組み込みに関連して考慮すべきいくつかの困難があります。 効率的な燃料電池を製造するには、これらの要素を考慮に入れる必要があります。

  Enzyme immobilization

ヒドロゲナーゼベースのバイオ燃料電池はレドックス反応をホストするため、ヒドロゲナーゼは、電子を電極と直接交換して電子の移動を促進できるように、電極に固定化する必要があります。 これは、ヒドロゲナーゼの活性部位が酵素の中心に埋め込まれ、FeSクラスターがその天然のレドックスパートナーと電子を交換するための電子リレーとして使用されるという点で課題であることが証明されています。[12] 電子送達の効率を高めるための可能な解決策には、電極に十分に近い最も露出したFeSクラスターによるヒドロゲナーゼの固定化、または電子移動を実行するためのレドックスメディエーターの使用が含まれます。 直接電子移動は、グラファイト電極への酵素の吸着または電極への共有結合によっても可能です。 別の解決策には、導電性ポリマーへのヒドロゲナーゼの捕捉が含まれます。[12]

  Enzyme size

ヒドロゲナーゼのサイズを標準的な無機分子触媒とすぐに比較すると、ヒドロゲナーゼは非常にかさばることがわかります。 Pt触媒の1〜5 nmと比較して、直径は約5nmです。 これは、最大電流密度を制限することにより、可能な電極被覆率を制限します。[12] ヒドロゲナーゼのサイズを変更することは不可能であるため、電極上に存在する酵素の密度を高めて燃料電池の活性を維持するために、平面の電極の代わりに多孔質の電極を使用することができます。 これにより、電気活性領域が増加し、より多くの酵素を電極にロードできるようになります。 別の方法は、ポリマーマトリックス内にヒドロゲナーゼが吸着したグラファイト粒子でフィルムを形成することです。 その後、グラファイト粒子は電子を集めて電極表面に輸送することができます。[12]

  Oxidative damage

バイオ燃料電池では、ヒドロゲナーゼは2つの酸化の脅威にさらされています。 O2は、活性部位へのO2の拡散とそれに続く活性部位の破壊的修飾により、[NiFe]を除くほとんどのヒドロゲナーゼを不活性化します。 O2はカソードの燃料であるため、物理的に分離する必要があります。そうしないと、アノードのヒドロゲナーゼ酵素が不活性化されます。 第二に、カソード上の酵素によってアノードのヒドロゲナーゼに正の電位が課せられます。 これにより、O2によるヒドロゲナーゼの不活性化がさらに促進され、以前はO2耐性であった[NiFe]でさえも影響を受けます。[12] O2による不活性化を回避するために、プロトン交換膜を使用してアノードとカソードのコンパートメントを分離し、O2がヒドロゲナーゼの活性部位に拡散して破壊的に修飾できないようにすることができます。[12]

  Applications

  Entrapment of hydrogenase in polymers

ポリマーで修飾された炭素電極にヒドロゲナーゼを吸着する方法はたくさんあります。 一例は、モロゾフらによって行われた研究です。 彼らがNiFeヒドロゲナーゼをポリピロールフィルムに挿入し、電極に適切に接触させるために、フィルムに閉じ込められたレドックスメディエーターがありました。 フィルム中のヒドロゲナーゼ密度が高く、レドックスメディエーターが触媒作用のためにすべての酵素分子を接続するのを助けたため、これは成功しました。これは、溶液中のヒドロゲナーゼとほぼ同じ出力でした。[11]

   Immobilizing hydrogenase on carbon nanotubes

カーボンナノチューブは、大きな多孔質で導電性のネットワークに集合する能力があるため、電極上のヒドロゲナーゼのサポートにも使用できます。これらのハイブリッドは、[FeFe]および[NiFe]ヒドロゲナーゼを使用して調製されています。 A. aeolicus（好熱性細菌）から単離された[NiFe]ヒドロゲナーゼは、酸化還元メディエーターなしで直接電子移動によりH2を酸化することができ、固定CNTコーティング電極では裸電極よりも10倍高い触媒電流を示しました。[11] ヒドロゲナーゼをナノチューブに結合する別の方法は、時間遅延を回避するためにそれらを共有結合させることでした。 D. gigas（ジャンボイカ）から分離されたヒドロゲナーゼは、多層カーボンナノチューブ（MWCNT）ネットワークに結合され、グラファイト-ヒドロゲナーゼアノードよりも約30倍高い電流を生成しました。この方法のわずかな欠点は、ナノチューブネットワークの表面を覆うヒドロゲナーゼの比率が、ネットワーク内の希少な欠陥スポットのみをカバーするようにヒドロゲナーゼを残すことです。いくつかの吸着手順は酵素を損傷する傾向があるが、それらを共有結合させると酵素が安定し、より長く安定したままになることもわかっています。ヒドロゲナーゼ-MWCNT電極の触媒活性は1か月以上安定性を提供しましたが、ヒドロゲナーゼ-グラファイト電極は約1週間しか持続しませんでした。[11]

   Hydrogenase-based biofuel cell applications

完全に酵素的な水素燃料電池は、時計に電力を供給するためにセルを使用したアームストロンググループによって構築されました。 燃料電池は、R。metalliduransから単離されたヒドロゲナーゼを含むグラファイトアノードと、真菌ラッカーゼで修飾されたグラファイトカソードで構成されていました。 電極は、空気中の3％H2ガスの混合物を含む単一のチャンバーに配置され、酸素に対するヒドロゲナーゼの耐性のために膜はありませんでした。 燃料電池は950mVの電圧を生成し、5.2 uW / cm2の電力を生成しました。 このシステムは非常に機能的でしたが、アクセス可能なH2レベルが低く、酸素耐性ヒドロゲナーゼの触媒活性が低く、電極上の触媒密度が低いため、依然として最適な出力にはなりませんでした。[11] その後、このシステムは、電極面積を増やすためにMWCNTネットワークを追加することによって改善されました。[11]

  Applications

  Self-powered biosensors

セルフパワードバイオセンシングアプリケーションに酵素バイオ燃料電池を適用するという最初の概念は、2001年から導入されています。[13] 継続的な努力により、いくつかのタイプのセルフパワー酵素ベースのバイオセンサーが実証されてきた。 2016年には、ウェアラブルセルフパワーセンサーとして機能する伸縮性のあるテキスタイルベースのバイオ燃料電池の最初の例が説明されました。 スマートテキスタイルデバイスは、乳酸オキシダーゼベースのバイオ燃料電池を利用しており、体に適用するために汗中の乳酸をリアルタイムで監視できます。[14] [15]

  See also

  References

  1.   

  •      Moehlenbrock, Michael J.; Shelley D. Minteer (2008). "Extended Lifetime Biofuel Cells". Chemical Society Reviews. 37 (6): 1188–96. doi:10.1039/b708013c. PMID 18497931.

  •      Sokic-Lazic, Daria; Shelley D. Minteer (2009). "Pyruvate/Air Enzymatic Biofuel Cell Capable of Complete Oxidation". Electrochemical and Solid-State Letters. 12 (9): F26. doi:10.1149/1.3170904.

  •      Palmore, G.Tayhas R. (1998). "A methanol/dioxygen biofuel cell that uses NAD+-dependent dehydrogenases as catalysts: application of an electro-enzymatic method to regenerate nicotinamide adenine dinucleotide at low overpotentials". Journal of Electroanalytical Chemistry. 443 (1): 155–161. doi:10.1016/S0022-0728(97)00393-8.

  •      Cracknell, J.A.; Vincent, K.A.; Armstrong, F.A. (2008). "Enzymes as working or inspirational electrocatalysts for fuel cells and electrolysis". Chem. Rev. 108 (7): 2439–2461. doi:10.1021/cr0680639. PMID 18620369.

  •      Chenevier, P.; Mugherli, L.; Darbe, S.; Darchy, L.; DiManno, S.; Tran, P.D.; Valentino, F.; Iannello, M.; Volbeda, A.; Cavazza, C.; Artero, V. (2013). "Hydrogenase enzymes: application in biofuel cells and inspiration for the design of noble-metal free catalysts for H2 oxidation". Comptes Rendus Chimie. 16 (5): 491–505. doi:10.1016/j.crci.2012.11.006.

  •      Katz, Eugenii; Bückmann, Andreas F.; Willner, Itamar (2001). "Self-Powered Enzyme-Based Biosensors". Journal of the American Chemical Society. 123 (43): 10752–10753. doi:10.1021/ja0167102. ISSN 0002-7863. PMID 11674014.

真空中で超光速解（v> 1）と超光速解（v <1）

物理（ディラック方程式）

SUBLUMINAL AND SUPERLUMINAL SOLUTIONS IN VACUUM OF THE

MAXWELL EQUATIONS AND THE MASSLESS DIRAC EQUATION

Waldyr A. Rodrigues,

 

 

 

 

I. INTRODUCTION

Bosanac [Bo83]によると、マクスウェルの方程式のみに基づく正式な証明はありません。電磁波パケットは、光の真空速度c（ここで使用される自然単位でc = 1）より速く移動することはできません。 さて、この論文の主な目的は、マクスウェル方程式（および質量がゼロのディラック方程式）が真空中で超光速解（v> 1）と超光速解（v <1）を持っていることを示すことです。 この論文は次のように構成されています。 セクション2では、使用されるいくつかの数学ツールを紹介します。 セクション3では、自由マクスウェル方程式のいわゆるサブルミナルおよびスーパールミナル解を構築する方法を示します。 セクション4では、質量のないディラック方程式の管腔下および超管腔の解について説明します。 最後にセクション5で、これらの結果の考えられる物理的影響のいくつかについて説明します。

 

 

 

V. CONCLUSIONS

私たちが示した結果の3つの考えられる影響について議論したいと思います。 （i）少なくともマクスウェル方程式の超光速解がNatureで実現された場合、ローレンツ不変性の内訳を得ることができます。実際、I =∂/∂tが基本座標系であり、 '=（1 /√1-V2）∂/∂t-V/√1-V2∂/∂xが実験室座標系（慣性座標系）であると仮定します。 F>がマクスウェル方程式の超光速解、つまり∂F> = 0（ω'2-k'2=-Ω2）であり、Iに従って時間的に前進するとします。次に、アクティブなローレンツ不変性の有効性は次のことを意味します。 F '> = RF> ̃Rが∂F'> = 0を満たし、F '>がIに従って時間的に遡る（そして負のエネルギーを運ぶ）ようなR∈Spin+（1,3）が存在します。この解は次のように解釈できます。過去から来た「反場」であり、良い解決策です。ただし、すべての慣性座標系の物理的同等性は、I 'によれば、時間的に前進し、I'に従って正のエネルギーE '=ω'（̄h= 1）を運ぶマクスウェル方程式の解F ''>が存在することを意味します。 Ｉに従って時間的に逆方向に（そして負のエネルギーを運ぶ）。場Ｆ ''＞は、例えば、Ｉ内で周期的に運動する検出器によって吸収することができる（吸収時に、検出器がＩに対して持っているのに十分である）。 I 'フレームの速度V）。これは、よく知られているように、因果的パラドックス[Re86]（Tolman-Reggeパラドックス）を生成します。考えられる解決策は、IとI 'は物理的に同等ではないと言うことです。次に、次のようになります。I 'は、I参照フレームの一部のオブザーバー（積分線）に、ω' <（V /√1-V2）Ωのような超光速信号を送信できません。 ω '=（V /√1-V2）Ωの場合、I'の超光速ジェネレーターはいくつかの時空方向でk 'に対して動作を停止し、Iの観測者はV =ω' /√ω'2である彼の絶対速度を計算できます。 +Ω'2。最近、ニムツ[HN94、EN93]がモーツァルトの交響曲＃40を4.7cで長方形の導波管を介して送信したことにも、読者の注意を喚起する必要があります。これは、現在よく知られているように[ML92]が潜在的な光障壁のように機能します。重要な関連結果は[St93]でも得られています。ニムツの実験条件下で、ガイドのマクスウェル方程式の解がeq（20）のような分散関係を与えること、つまり超光速伝搬に対応することを簡単に示すことができます[Re86]。この問題については、他の場所で詳しく説明します。 （ii）管腔下解F <の存在は、次の理由で非常に重要です。最近[VR93、VR95] F26 = 0の∂F= 0は、特定の条件下でDirac-Hestenes方程式∂ψΣγ1γ2+と同等であることを証明しました。 mψΣγ◦= 0、ここでF =ψΣγ1γ2eψΣ。これは、最終的に粒子が特別な定常電磁波であり、量子力学のドブロイ解釈が可能であるように思われることを意味します[RV93]。この問題については、他の場所で詳しく説明します。 （iii）最後に、∂ψΣ= 0のサブルミナルおよびスーパールミナル解の存在（これは、WeylスピノールのψΣのWeyl方程式に還元されます）は、ニュートリノに関連するいくつかの謎を解くために重要かもしれません。実際、ニュートリノが超光速モードと超光速モードで生成できる場合（超光速ニュートリノの実験的証拠については[Ot95、Gn86]を参照）、太陽を離れた後、最終的には地球上での検出を免れることができます。さらに、管腔下モードのニュートリノの場合、一種の「有効質量」を定義することが可能です。最近、ニュートリノが消えない質量を持っているかもしれないといういくつかの宇宙論的証拠が議論されました[Pr95]。そのような「有効質量」の1つは、これらの宇宙論的証拠の原因である可能性があり、Weyl方程式を満たすため、左利きのニュートリノを保持できるようになります。この提案については、次の論文で検討します。