弦理論って何だろう という動画がでています‥‥

弦理論 string theoryというのはどんなものか、素人ながら興味があります。
YouTubeで弦理論って何だろうという動画がありましたので紹介します。東京大学の立川祐二先生の動画です。

https://youtu.be/lFL7YY3R0Lo
先生の他の動画もわかりやすそうです。興味のある方はご覧ください。
https://www.youtube.com/user/iroganai/videos

こういう高度な理論は実は意外にスピントロニクスとかにも応用できるらしいという噂です。よく知りませんが…。こんな書評とかもあります。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/butsuri/75/6/75_365_2/_pdf

英語での科学関係の講義動画リンク集の紹介―物理の立場から観た有機化学入門動画もあります。

様々な科学関係の講義ビデオをあつめてあるGithubサイトがあることを教えてもらいました。Developer-Yという方のサイトです。
コンピューター関係の講義がいっぱいのっているリンク集もありますが、https://github.com/Developer-Y/cs-video-courses (コンピューターサイエンスの講義集)

それ以外にも、数学、物理、化学、バイオインフォマティクスなどの講義が掲載されているリンク集も掲載されていて、英語で科学を学ぶためのポータルサイトとして役立ちそうです。

https://github.com/Developer-Y/math-science-video-lectures (数学と科学の講義集)

有機化学(organic chemistry) の講義もありました。有名なYale大学の講義で、物理学が好きな人向けの有機化学入門というような雰囲気の講義です。物理系の方にもなじめそうな講義です。もちろん量子化学的な説明が十分なされている有機化学の講義で、フロンティア分子軌道のこともちゃんと扱われています。
https://oyc.yale.edu/chemistry/chem-125a
上のリンクで開くページには、講義の動画がのっています。上のほうのSESSIONSをクリックすると、各回の講義へのリンクが開きます。そのリンクを開くと、高画質の動画をダウンロードするリンクもあります。残念ながら、講義のpptファイルのリンクはきれていました。それでちょっとGoogle検索で探してみると、切れていないリンクが掲載されている新しいページをみつけました。以下のリンクがそれで、このページから講義の各回の講義のパワーポイントファイルや、試験問題、試験問題の解答など教材すべてがダウンロードできます。
http://chem125-oyc.webspace.yale.edu/
これは、じっくり物理的な解説をききながら有機化学に入門するのにはよい講義だと思います。立体化学の講義の回では、パスツールの有名な酒石酸の旋光性の話を詳しく解説してくれています。面白い講義ですので、おすすめします。
写真は今年種から育てて開花したローゼルです。ハイビスカスティーの原料で、ジャムにもなる植物です。

英語ですが無料の動画サイトや量子生物学についてのサイトや動画を紹介します。

YouTubeで量子生物学の番組を探していたら、以下の動画の右に表示されるおすすめに
https://youtu.be/wN1vLuNPsfk

AcademicLessonというチャネルのQuantum Mechanics Full Courseというのが表示されていたので見てみました。これはなんと一つの動画が11時間42分余りの動画です。
https://youtu.be/hyctIDPRSqY

ほかの動画リストもみてみると、https://www.youtube.com/c/AcademicLesson/videos
量子力学のadvanced レベルの講義や、線形代数、量子力学のための線形代数、解析学や代数学、グラフ理論、Rを使って学ぶ深層学習Deep Learning with R、LaTex入門コース、Data science with Python course for beginners、近代物理学入門、Git入門などなどいろんな面白そうなコースが満載でした。すべて無料ですので手軽に学べて役立ちそうです。

最初の量子生物学のビデオは、the Quantum Biology Tech Lab (QuBiT) at UCLA on Quantum BiologyというCalifornia NanoSystems Institute at UCLA(カリフォルニア大学ロサンジェルス分校)
https://cnsi.ucla.edu/about-us/what-is-cnsi/
が去年創設した量子生物学の推進を目指した研究所の所長Clarice Aielloさん(an assistant professor of electrical and computer engineering)による今年三月に行われたzoom 会議の記録です。この研究施設については次のNatureの記事も参考になります。https://www.nature.com/articles/d41586-020-02463-6
彼女のサイトもご覧ください。https://samueli.ucla.edu/people/clarice-aiello/
また、こんなサイトも参考になりそうです。世界の量子生物学センターのリストです。
https://www.theguyfoundation.org/quantum-biology-centres/
このリストがのっている The Guy Foundation Family Trust website (私設の財団のようです)のサイトには他にも量子生物学についての情報(有用なテキストのリストとか、動画、論文の一覧など)がいろいろのっています。
https://www.theguyfoundation.org/useful-reading/

Mathematicaを使った量子力学の学習について

Mathematicaを使った物理学の学習について

無料で公開されている、量子力学をMathematicaを使って学ぶという教科書については以前紹介しました(この記事の末尾にペーストしておきますのでご覧ください)。別の先生の教科書をみつけたので紹介しておきます。Daniel V. Schroeder先生(アメリカのオレゴンにある大学の先生のようです。Department of Physics and Astronomy,Weber State University のMathematicaを使った量子力学の講義本(ドラフト版でNotes on Quantum Mechanics (unpublished, 2022) という本です。a draft textbook for a one-semester undergraduate course in Quantum Mechanicsと書かれていますが、次のweb pageにあるリンクからダウンロードできるので、ご覧ください。https://physics.weber.edu/schroeder/quantum/QuantumBook.pdf
この先生のページhttps://physics.weber.edu/schroeder/#booksにはMathematicaを使った量子力学の講義がいかに優れているかを紹介している次の動画もありますのでご覧ください。Liberating undergraduate quantum mechanics through computation (21-minute video of talk for AAPT summer meeting, 2021)という動画です。
https://1533221.mediaspace.kaltura.com/media/Liberating+undergraduate+quantum+mechanics+through+computation/1_ta4qsdny

他にもhttps://physics.weber.edu/schroeder/software/には、物理の教育用のソフトがおいてあります。分子動力学のデモソフトとかいろんなソフトもありますので面白いと思います。

2022/2/18
Mathematicaは物理学を学ぶときにとても役立つソフトウエアだと思います。2022/2/5の記事に書いたように、今やJupyter notebookから無料でWolfram Engineが使えるのですからこれを利用しない手はありません。(Raspberry PiならMathematicaそのものも無料で使えます)。今日はかなり実用的な量子力学の教科書を紹介します。Using Mathematica for Quantum Mechanics: A Student’s Manualという本でスイスのBasel大学のRoman Schmiedさんが書いた本です。この先生は量子力学、量子コンピュータなどの専門家でかなり実用的な内容の量子力学の本になっています。初歩的な入門を終えた人や、Mathematicaを使って手っ取り早く量子力学を使えるようになりたい人に適した本のようです。(私はまだ読んでいません。)プレプリントサーバーのarXivで公開されていてダウンロードできますのでご覧になるといいと思います。そこからMathematicaのnotebookもダウンロードできます。これはzipファイルなので7-zipなどで解凍してください。

量子生物学の動画や量子力学の基礎についての動画をみつけました!

先日のDNAの突然変異メカニズムの量子力学的モデリングの論文の著者 Jim Al-Khaliliさんの新しい動画です。Oxford philosophy of physics seminarsというオックスフォード大学のセミナーシリーズでの講演です。この方は、テレビなどで科学解説番組にいろいろ出演されているようです。YouTubeで名前で検索するとBBCほかいろんな番組の動画がみられます。

Life on the Edgeはこの前紹介した彼の有名な本の原著のタイトルです。このオックスフォード大学提供のセミナーシリーズ
https://www.youtube.com/c/OxfordPhilosophyofPhysics/videos
は面白そうです。ざっとタイトルを見てみたのですが、みてみたい動画が色々ありました。
https://youtu.be/OmaSAG4J6nw

上の動画のタイトルは、Title: Why We Shouldn’t Believe in Hilbert Spaces Anymore, and the Case for Platonic Quantum Theory というものです。ハーバード大学の先生の講演です。動画の最初のほうは生物をやっている私などにもわかりやすい導入でした。ヒルベルト空間を使った量子力学の定式化はだめだというお話です。提唱したフォンノイマンも1935年に自分ではヒルベルト空間による定式化を絶対的には信じていないといっているという話もありました。かわりになるのは、Gelfand–Naimark–Segal construction (GNS構成法)というC*代数というものを用いる理論だそうです。ハーバード大学のこちらの動画シリーズは物理の人には面白いかもしれません。https://www.youtube.com/channel/UCPRe-yID_EaQwvCZM7hU9Hw/videos
この先生の以下の動画は、物理と哲学の話でより一般向けでわかりやすいかもしれません。同じ画像ですがこちらのほうがより最近の講演です。

突然変異メカニズムの量子生物学的解析の論文がでています!

昨日はお盆で京都の大文字の日でしたね。BSテレビで生中継を見ていました。雷雨で開始がおくれましたが見事な五山の送り火、久々の全山点灯ということでとても綺麗でした。京都に住んでいたころは、よくみんなで送り火を見に行ったのを思い出しました。さて今日は量子生物学の話題です。

DNAの突然変異の過程に量子現象が関与しているのではないかという議論はずいぶん昔からありました。最近、Nature系列の雑誌Communications Physicsに面白い論文がでていました。オープンアクセスですので誰でも自由に読むことができますのでご覧ください。
An open quantum systems approach to proton tunnelling in DNA というタイトルで
Jim Al-Khaliliのグループ(Department of Physics, University of Surrey, Guildford, GU2 7XH, UK)からの論文です。 この人は昨今の量子生物学ブームに火をつけた方です。このブログでも以前の記事でとりあげています。「量子力学で生命の謎を解く」(SB Creative社発行)という本はベストセラーになりました。

Slocombe, L., Sacchi, M. & Al-Khalili, J.
An open quantum systems approach to proton tunnelling in DNA. Commun Phys 5, 109 (2022). https://doi.org/10.1038/s42005-022-00881-8
論文はこちらからダウンロードできます。
https://www.nature.com/articles/s42005-022-00881-8#Abs1

DNAの塩基G(グアニン)とC(シトシン)は水素結合でDNAの二重らせんの中で結合しています。一方の鎖のGはもう一方の鎖のCと三本の水素結合で結合するというわけです。(塩基のアデニンAは塩基のチミンTと二本の水素結合で結合します)。この論文ではこれら核酸塩基の間に働いている水素結合を担う水素原子(プロトン)が量子トンネル効果で移動して核酸塩基が互変異性体(tautomer)へ変化する現象を量子力学でモデル化して研究しています。例えばG–C ↔ G*–C* → G*–T(註:アスタリスクはGやCの互変異性体を示します)となって、本来Cであるべきところがプロトン移動による互変異性体の形成の結果、Tに変わってしまうという突然変異がおきるわけです。論文ではこうした突然変異が起こる確率を計算しています。プロトンの量子トンネル効果によって互変異性体ができて平衡に達する時間や確率を量子力学と統計力学を用いて計算しています。絶対温度300ケルビン(だいたい摂氏27度の室温です)での計算結果は、互変異性体による突然変異のおきる確率が従来の古典モデルで予想した値の10000倍になることを示しているそうです。今まで量子現象は突然変異にはほとんど寄与指定いないと考えられていたのですが、どうやら突然変異には量子効果が極めえ重大な役割をはたしているようです。今回の論文のように、量子力学を常温での生命現象に応用する試みがこれからどんどん増えていくと思われます。面白い時代になってきました。

以前のブログの記事はこちらです。
https://glycostationx.org/2018/10/02/%e7%a7%8b%e3%81%ae%e3%81%8a%e3%81%99%e3%81%99%e3%82%81%e6%9c%ac%e3%81%9d%e3%81%ae%ef%bc%91%e2%80%95%e9%87%8f%e5%ad%90%e7%94%9f%e7%89%a9%e5%ad%a6%ef%bc%88%ef%bc%91%ef%bc%89/

クレブス・サイクルが生命を生命たらしめている基本システムであるという講演動画がでています

YouTubeのRoyal Institutionのチャンネルに、Nick Laneの新しい動画がアップロードされました。https://youtu.be/vBiIDwBOqQA
“How the Krebs cycle powers life and death – with Nick Lane”
What process animates cells and gives life to lifeless matter? What brings our own lives to an end? The Krebs cycle is the answer – and it could turn our picture of life on Earth upside down. Watch the Q&A here: https://youtu.be/UqsqJM8g604

Nick Laneはとても優秀な生命科学の解説者だと思います。彼の本や動画にはいつも感銘をうけます。今回は彼が5月に行った講演の動画です(NIHでの生命の起源の動画はこの記事の末尾をご覧ください)。新しい本を出版したそうで、新しい本を書いた著者はちょくちょく、このRoyal Institutionの講演を依頼されるようです。Nick’s book ‘Transformer: The Deep Chemistry of Life and Death’ is out now: https://geni.us/X1cOOL8
今回の動画はKrebsサイクルを中心に生命とは何かを考えるという内容です。Krebsサイクルが生命の中心に存在して、生きているという状態を特徴づける代謝経路であるとともに死とも関係していることをわかりやすく、また斬新な観点から解説しています。癌のワールブルック効果の話や生命の起源の話もありますので是非ご覧さい。眼細胞は解糖系を活性化させているというWarburg効果は一度は批判にさらされましたが、今では様々な実験から確認されて、広く受け入れられている事実です。癌とKrebsサイクル、どんな関係があるかは動画で確認してみてください。Royal Institutionのチャンネル登録はこちらです。Subscribe for regular science videos: http://bit.ly/RiSubscRibe

Krebsサイクルについては今年3月の固定ページの記事でも紹介しました。以下に再録しておきます。

2022/3/14
今日は確定申告のサイトのトラブルで更新が遅くなってしまいました。昨日のKrebsサイクルの論文、読めない方は著者のLydia Finleyさんのtwitterをご覧ください。authorとSpringer Natureとの取り決めで本文が読めるリンクを彼女が紹介してくれています。ダウンロードはできないですが、オンラインで読めます。今論文を読んでいますが、分化能力がpluripotentなES細胞はKrebs サイクルをつかっており、その分化能力がしぼられてくる段階の細胞では今回発見された
non canonical な新経路を使うようです。筋肉細胞に分化する能力がある幹細胞のmyoblastとかもその例で、myoblastが分化してmyotubeになるとKrebsサイクルを使うようになるそうです。
2022/3/13
Natureの最新号に生物の教科書を書き換えなくてはならない衝撃的な論文が発表されました。80年以上まえにKrebsが発見してNatureに投稿するもreject (掲載拒否)されたクレブス・サイクル(
Nobel賞を受賞した高校でも習う有名な業績です)を書き換える必要がでてきたという論文です。ニューヨークのスローン・ケタリング癌センター (Memorial Sloan Kettering Cancer Center) の研究者による論文です。Krebsの投稿した時は掲載する紙面が限られているのでという理由(rejectの定番のいいまわし)で掲載されなかったのですが、今回は掲載する余裕があってよかったと、著者がいっています。スローンケタリング癌センターによる解説はこちらをどうぞ。グルコースをエネルギーの産生にではなく、脂質などの膜の構成要素や細胞自体をつくりあげるための炭素源としてつかうための経路で、ES 細胞とかはこの新経路を用いておりKrebsがつかったハトの胸筋細胞では運動するための筋肉なのでATPを産生するために 従来のKrebsサイクルを使っているという使い分けがあるようです。細胞のタイプごとに使いわけがあり、細胞の分化運命をこれでコントロールすることもできそうです。Krebsが発見したTCA サイクルの歌があります。こちらのブログ記事で紹介したKrebs本人が序文をよせている本にのっている歌で、面白いのできいてみてください。耳についてはなれなくなることうけあいです。2022/3/10
NIH videocastにイギリスの名門校ユニバーシティカレッジ・ロンドンの教授であるNick LaneさんとJennifer Lippincott-Schwartzによる生命の起源についての講演が公開されました。
Origin of Life: Viewed by Evolutionary Biochemist and Cell Biologistというタイトルです。まだYouTubeには公開されていません。動画自体は字幕つきでみることができます。また様々なビットレートの動画をダウンロードできますし、字幕ファイルもダウンロードできますので、字幕ファイルを読み込めるVLC media playerで字幕ファイルを読み込んで動画を再生すればネット接続のない環境でも字幕付きで観ることができます。


3/23日追記:YouTube版はこちらにあります。)
 

京大Open Course Ware (OCW)閉鎖のニュースと、MITの学部生むき現代量子科学の講義OCW

とても面白い教育的な動画をあつめているサイトとして、京都大学のOCWを紹介してきました。残念なニュースです。京都大学オープンコースウェア(OCW)の閉鎖についてというニュースが飛び込んできました。https://ocw.kyoto-u.ac.jp/news/6/
京都大学高等教育研究開発推進センターは2022年9月末に廃止されることになりました。京都大学オープンコースウェア(OCW)も、残念ながら9月中旬以降にサイトを閉鎖することになりました。2005年以来、京都大学OCWをご利用いただき誠にありがとうございました。」とあります。
このOCW閉鎖のニュースのページに書いてある参考になりそうな部分を引用します。

「OCWの講義ビデオは10月以降すべて削除されてしまうのですか」
本学のOCWの動画についてはYouTubeチャンネルを利用して運用してきました。10月以降、動画が直ちにアクセスできなくなることはありませんが、OCWの運用組織がなくなることから安定的な運用が困難となりました。

「動画以外のコンテンツのバックアップを保存したい」
ウェブページに掲載されているテキスト情報については、お使いのブラウザで「保存」「別名で保存」することで保存できます。各ページからリンクされているPDFファイル等はリンク先を右クリックなどでデータを保存して下さい。

動画のYouTubeからのバックアップ方法が書かれていたそうですが、YouTubeの規約違反になるとのことで削除されたようです。後日、対処方法がアップされるようですので楽しみに待ちましょう。

こうしたOpen Course Wareは外国にもいっぱい公開されています。
今日、量子力学の教科書を探していたらMITから今年刊行された Mastering Quantum Mechanics Essentials, Theory, and Applications という本の著者 Barton Zwiebach教授は、MITで量子科学の学部生用講義を長年担当されてきた学部教育に意欲的な先生で、かつ有名な弦理論の物理学者だそうです。この先生の講義が講義ビデオ、講義資料ともにダウンロードできる形でMITのオープンコースウエアとして公開されています。新刊の教科書のホームページhttps://mitpress.mit.edu/books/mastering-quantum-mechanicsにリンクがのっています。ページ左下のReader Resourcesには正誤表の下にOpenCourseWare Quantum Physics I, II, IIIのページへのリンクがあります。OpenCourseWare Quantum Physics I https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-04-quantum-physics-i-spring-2016/
をクリックすると、Quantum Physics I のサイトが開き、ビデオレクチャーズをクリックすると、https://ocw.mit.edu/courses/8-04-quantum-physics-i-spring-2016/pages/video-lectures/が開き、Part I Basic conceptsから講義が始まります。
https://ocw.mit.edu/courses/8-04-quantum-physics-i-spring-2016/pages/video-lectures/part-1/
最初の講義は、Quantum mechanics as a framework. Defining linearityというものでビデオやスクリプト、講義資料などをダウンロードできます。ビデオのダウンロードは、再生中にダウンロードボタンをクリックして出てくるポップアップから、ダウンロードをマウスで選ぶ(マウスの右クリック)と自分のパソコンにダウンロードできます。字幕も表示できていたれりつくせりです。

このPart 1 のLecture 2で、すでに量子的もつれなども紹介されていて、量子力学ネイティブな時代の講義のようです。教科書もKindle版では1万円程度ですので、講義をきいてよさそうだったら買うとよいでしょう。

英語の科学jokeを一つ紹介します。

英語のjoke:科学界で有名なものを一つ紹介します。
こんなjokeです。
In relation to the problem of the connection between mind and matter, I may perhaps tell a small joke about an English philosopher, who had fond and excellent solution to this question: “What is mind – it does not matter, What is matter – never mind”. Unfortunately, it is untranslatable.
1979年に京都の宝ヶ池国際会議場で開催された第三回国際量子化学会議のLöwdin先生による開催挨拶からの引用です。
Opening address at the third international congress of quantum chemistry by Per-Olov Löwdin, President of the International Academy of Quantum Molecular Science. from Horisons of Quantum Chemsitry, xv-xviii, K. Fukui and B. Pullman (eds), copyright 1980 by D. Reidel Publishing Company

私も大学院生の時参加して生でこの挨拶を聞きました。Löwdin先生が物質と精神について、量子力学の観測者の役割に触れた後、量子現象の観測者である人間は物質であるので、人間自体も量子現象によって説明されると話されました。そのうえで、量子現象としての物質とその観測者、そして物質からなる観測者の物質としての量子力学的解明という円環(あるいはらせん)状の関係について議論されました。この円を一回まわるごとに物質と精神に対する理解も深まっていくと述べて、量子生物学の将来性について語った直後のジョークです。講演の最初のほうでは、観測者である人間の意識の投影がこの世界であるという、古い東洋の哲学についても触れられていましたが、京都での開催ということでそういう話が最初に出てきたのだと思います。
上のjokeは有名ですので、他の方がときどき話されるのを聞いたことがあります。覚えておくと皆さんも使う機会があるかもしれません。