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■氷山の水面下

2020年のSARS-CoV-2コロナウイルスのパンデミックは、前例のないものです。このウイルスが、季節性インフルエンザや他の急性呼吸器ウイルス感染症を引き起こすウイルスと相互作用をし、惹き起こす多くの問題が明るみに出たのは意外ではありません。

例えば、インフルエンザの予防接種を受けて、流行期に健康を維持していれば、感染を回避できていると考えられます。それでも、インフルエンザウイルスはまだ上気道の少数の細胞に感染している可能性があり、明らかな病気の兆候を引き起こすことなく、そこで「軽く」増殖しています。もしそうであれば、SARS-CoV-2のケースですでに証明されているように、ワクチンを接種した人でも無症候性の感染キャリアになる可能性があります。

COVID-19の患者は、最初の症状が現れる2日前に感染を広げ始める。無症状の場合でも、感染した人は呼吸やくしゃみ、咳だけでなく、糞便と一緒に最大2週間ほど環境中にウイルスを放出します。そのため、患者はウイルスの検査で陰性になって初めて隔離所から解放されるのです。

現在、人類は呼吸器感染症の90％を診断することができます。しかし、少なくともロシアでは、実際にはこれを実施していません。急性呼吸器ウイルス感染症ARVIとインフルエンザの診断は、症状によってのみ行われます。そして、ARVIの症状のほとんどはほとんど同じであるため、これではわかりません。インフルエンザはほとんどの場合、鼻水が出ずに消えますが、これはCOVID-19を含む他のいくつかの感染症でも一般的です。ARVIの特定の原因（病因）についての答えは、正確な実験室診断によってのみ与えられます。これは可能ですが、現在有料です。ARVIのPCR診断は、強制医療保険の資金調達には含まれていません。

「かぜ」やインフルエンザの特定の症例は目で判断されるため、わが国で実際に特定の病原体に一度に感染したと思われるARVI患者数を知ることはできません。これらの感染のそれぞれからの真の損傷を評価することと、最も危険で疫学的に重要なものを決定することの両方を妨げます。したがって、インフルエンザウイルスを除いて、これらの病原体に対する新しいワクチンや抗ウイルス薬を開発したり、それらの進化の長期的な傾向を追跡したりすることができません。ARVI病原体のグループに新しいウイルスがどのように侵入しているかにすぐに気付かないのは当然でした。

フランス． 2020（ "Science First Hand" No. 3（88）、2020）
2020年の写真：Jacques Paquier

 ただし、一部の国では、関連する研究がいわゆるパイロット都市で実施され、PCRを使用して、いくつかの総合病院からのSARSの兆候があるすべての患者のサンプルが分析されます。それは非常に費用がかかり、1つのサンプルのそのような分析は、現在7〜8千ルーブルの費用です。しかし、病原体の全範囲を見ると、どの感染症に対してワクチンを開発する価値があるのかが明らかになります。

ちなみに、これらの病気の原因のうち、細菌感染症はわずか20％、残りはウイルス性です。今日のワクチンはインフルエンザに対してのみ開発および生産されており、ARVIの病因におけるその割合は10〜15％です。さらに、一部の国では同じコロナウイルス感染がより一般的です（15-30％）。そして、これらの「習慣的な」コロナウイルスは無害とはほど遠い。COVID-19のように、重度を含む3種類の病気があり、感染自体の結果と機械的換気による二次性肺炎の両方で死亡する患者もいます。

もちろん、ARVIのすべての患者に対して一般的な診断を行ってそのようなウイルス感染を検出することは意味がありません。特定の抗ウイルス治療がないため、今のところ症状があるものだけです。通常の治療コースは、診断自体よりも約7倍安くなります。ウイルス感染の場合、上記の理由で選択的研究を行う必要がありますが、どのワクチンを開発し、どの診断をCHIに導入する必要があるかを理解するためです。

モスクワでのそのような研究は、適切に組織された場合、1年以内に数千人の患者をテストするために約1500万ルーブルを必要とします。モスクワの「3DKマンション」の価格ほどで，最も高価なベントレークロスオーバーほどではありません。しかし、保健省はそのような提案に対する答えを1つだけ持っています-お金がありません。

新しいコロナウイルス感染によって引き起こされたパンデミックが私たちに教えてくれた主な教訓は、実際、私たちはウイルスの流行と感染一般についてほとんど知らないということです。それは、そのような将来の出来事に備える方法と、それらに対処する効果的行動方法を私たちは学ばねばなりません。そして、それはCOVID-19自体についてだけに留まらず、危険な季節的な感染ではありますが、別のものになる可能性があります。自然界に動物や鳥がいる限り、新しい未知の病気のパンデミックのリスクは残ります-「野生の」病原体の自然の貯蔵所。

そして、私たちが本当に人口を保護したいのであれば、私たちが今しなければならない最初のことは、私たちがまだ病気であるもの、私たちの中で最も危険なSARSを引き起こす病原体、ロシア人を見つけることです。モスクワ、サンクトペテルブルク、ノボシビルスク、クラスノダール、イェカテリンブルク、カザン、ウファ、ウラジボストークなど、SARSが特に多い主要都市でモニタリング研究を実施するためには、まず、健康問題の解決に今よりも有能かつ効果的に多くのお金を費やす必要があります。他の百万以上の都市と同様に。

SARS-CoV-2に関しては、明らかに、抗流行作用だけでそれを根絶することはほとんど不可能でしょう。おそらく、少なくとも効果的なワクチンが広く実践に導入されるまで、それは人間の集団で循環し続けるでしょう。しかし、私たちはまた、この病気を簡単にまたは無症状で経験し、おそらく免疫を持っている人々の層が徐々に増えています。ワクチン接種は彼らの数を増やすべきであり、そうすれば流行は減少するでしょう。

その間、マスマスキングと社会的距離は感染の拡大を減らすことができ、それは人口の最も脆弱なセグメントを保護します。厳しい対策（企業、学校、大学、カフェ、レストラン、ショップの仕事をやめること）に戻ることは経済の崩壊につながり、ひいてはヘルスケアの状況を悪化させることになることを心に留めておくべきです。

Литература
1. Bendavid E., Mulaney B., Sood N. et al. COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California // MedRxiv. 2020. DOI: 10.1101/2020.04.14. 20062463.
2. Logunov D. Y., Dolzhikova I. V., Zubkova O. V. et al. Safety and immunogenicity of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine in two formulations: two open, non-randomised phase ½ studies from Russia // Lancet. 2020. V. 396. N. 10255. P. 887–897.
3. Moghadas S. M., Fitzpatrick M. C., Sah P. et al. The implications of silent transmission for the control of COVID-19 outbreaks // PNAS. 2020. V. 117(30). P. 17513–17515.
4. Peccia J., Zulli A., Brackney D. E. et al. SARS-CoV-2 RNA concentrations in primary municipal sewage sludge as a leading indicator of COVID-19 outbreak dynamics // MedRxiv. 2020. DOI: 10.1101/2020.05.19.20105999.
5. Zhanga R., Li Y., Zhang A. L. et al. Identifying airborne transmission as the dominant route for the spread of COVID-19 // PNAS. 2020. V. 117(26). P. 14857–14863.

著者について
Sergey Viktorovich Netesov- ロシア科学アカデミーの対応するメンバー、生物科学の博士、ノボシビルスク州立大学自然科学部のバイオナノテクノロジー、微生物学およびウイルス学の研究所の責任者。国際的に引用されたジャーナルと10以上のモノグラフで150以上の出版物の著者。生物医学の分野でロシア政府賞を2回受賞。

■コーシーの積分定理

閉曲線$$C$$および，その内部で$$f(z)$$が正則であれば，$$\displaystyle \int_{C}^{}f(z)dz=0$$

■ローラン展開と留数

関数$$G(s)$$に，極（分母が0となる特異点）がある場合，例えば，１つの極$$s_1$$の周りで，次のようにローラン展開ができます．$$s_1$$が$$n$$次の極とすると，
$$G(s)=\displaystyle \frac{a_{-n } }{\left( s-s_{1} \right) ^{n } }+\displaystyle \frac{a_{-\left( n-1 \right) } }{\left( s-s_{1} \right) ^{n-1 } }+ \cdots +\displaystyle \frac{a_{-2 } }{\left( s-s_{1} \right) ^{2 } }+\displaystyle \frac{a_{-1 } }{\left( s-s_{1} \right) }+a_{0}+a_{1}\left( s-s_{1} \right) + \cdots $$
この展開中の係数$$a_{-1}$$を留数と言います．

実は，$$G(s)$$を複素関数と見たとき，極$$s=s_1$$で，$$G(s)$$は正則ではありません．$$s=s_1$$を内部に含むような閉曲線$$C$$に沿って左回りに1周$$G(s)$$を積分すると
$$\displaystyle \int_{C}^{}G(s)ds=2\pi ia_{-1}$$  となります．これを留数の定理といいます．

さてこれらの証明は，難しくはありません．興味おありでしたら，親切な解説をしているyoutube動画がありますので，そちらをご覧ください．

関数をローラン展開すると，いろいろな次数の項がでて来ますが，閉曲線に沿って1周積分すると，なぜ-1次の項の係数（留数）だけが残るのか不思議ですね．youtube動画で証明を確認ください．たいへん都合の良い便利な性質です．

■いろいろな場面で，いろいろな積分をするのに，留数定理を使います．「道具としての数学」の代表でしょう．複素関数論は活躍しています．

話は変わりますが，ちょっと似た手法で，ラプラス逆変換をするときに，部分分数に展開します．以下の例題をご覧下さい．

複素関数$$G(s), s=x+iy$$を，ラプラス逆変換するときに，$$G(s)$$を部分分数に展開することが必要になります．

■大発明たる所以
色々な分野でフーリエ解析（フーリエ変換）が使われます．現在の科学におけるフーリエ変換の貢献は偉大です．フーリエ変換なしでは何も考えられません．例えば，時間とともに変化する信号$$f(t)$$は，いろいろな周波数$$ω$$のサイン波の信号の振幅が時々刻々変化するものを重畳$$\displaystyle \sum_{}^{}a_{n\omega }(t)\textrm{sin(}n\omega t)$$して表現できます．線形システムというのは，時間の関数の入力$$f(t)$$があれば$$A･f(t)$$が出力され，入力に，$$f(t)$$と$$g(t)$$があれば，$$A･(f(t)+g(t))$$が出力され，いわゆる重ね合わせが成立します．入力信号も出力信号も，重畳成分のいろいろな周波数のサイン波に分解できるというのがフーリエ変換です．分解された個々周波数のサイン波ごとに，ある周波数帯域を除去するフィルタを通すなどして，それらの出力を再び重畳する信号処理が可能です．

赤外吸収IRスペクトルの測定を例にとりましょう．これは，サンプルを透過する光はどのような波長で吸収されるかの測定です．光の波長を順次スキャンし分光しながら測定する方法は普通ですが，FTIRという方法では，分光せず白色光をマイケルソンの干渉計でインターフェログラムにし，これに対するサンプルの吸収を測定して得たデータをフーリエ変換をすれば，波長スキャンのときと同様に吸収スペクトル測定ができます．

結晶学では，結晶空間と逆空間という互いに双対な空間を扱いますが，この両空間は互いにフーリエ変換で変換し合う空間です．イメージが把握できるように，双対という概念に簡単に説明しましょう．例えば，正6面体と正8面体は互いに双対な立体です．この両立体は，面を頂点に，頂点を面に取り換えると互いに移り変われる立体です．置き換える面と頂点の関係とは，結晶格子の基本ベクトルと逆格子の基本ベクトルの関係と言い換えることができます．

■さて，フーリエ級数（展開）とフーリエ変換は，同じ性質のものなのですが，細かいことをいうと違いもあります．

フーリエ級数展開は：
周期的などのような波形も、単純な波形（サイン波）の重ね合わせとして表すことができます。
フーリエ変換では：
周期的でない波形を扱えます．ここで用いる単純な波形（サイン波）の周波数は，フーリエ級数のときのように離散的な倍音のみではなく，周波数のステップが細かくなり，級数は積分になります．

■ジョセフ・フーリエは，熱が固体中をどのように移動するか（熱伝導現象 ）を数学的に研究しました．この研究のために，新しい数学的方法を開発しました．これがフーリエ解析の始まりです．

彼が熱伝導に興味を持ったきっかけが，いつのことだか定かではありません．北アフリカにいたときに生じたと推定しているのは，以下のエッセイです．

Анализ Фурье • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»Любая волна сложной формы может быть представлена как суммаelementy.ru
1798 年, フーリエはナポレオン のエジプト遠征に科学顧問として, モンジ ュやマリ ュ スとともに同行し， エジプトでは考古学上の調査や， カイロ学士院の創設に力を注ぎ，カイロ学士院の書記官にも選出されました． ナポレオンは 1799 年にパリに帰還しますが，フーリエはその後 2 年間エジプトに残りました.　1801 年, フーリエはフランスに帰還し, 再び諸工芸学校の解析学の教授になりますが，翌年 2 月にナポレオンはフーリエをイゼール 県の知事に任命しました．以下のエッセイによると，熱伝導研究の開始は 1802 年頃らしいとされています．

タイトル未設定www.kurims.kyoto-u.ac.jp
1807，1811年 に論文で，連続物体の温度分布の問題を解いており，フーリエ展開公式を導いています．

彼の研究結果は1822年に、熱の解析理論（Theorie analytique de la chaleur)に掲載され、そこでは、複雑な物理問題をより単純なものに分解して解析する方法が示されました。

Анализ Фурье • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»Любая волна сложной формы может быть представлена как суммаelementy.ru
フーリエは，複雑な波形を単純な波形の重ね合わせとして表せることを示しました．一般に，古典的な系を説明する方程式は，これらの単純な波のそれぞれについては簡単に解けます．フーリエは，これらの単純な波形を重ね合わせて，複雑な問題全体の解を得る方法を示しました．数学的に言えば，フーリエ級数は，周期的な任意の関数を単純なsin波の種々な高調波（倍音）の重ね合わせとして表す方法で，フーリエ解析は調和解析とも呼ばれます．（下図参照）

周期的でない任意の波形の場合は，整数倍音の高調波の重ね合わせではなく，連続的に変化する高調波の積分で表現するフーリエ変換の概念に拡張できます．

フーリエ解析の登場フーリエ解析の登場energychord.com

■20世紀半ばにコンピューターが登場するまで，自然の複雑さに立ち向かう武器は，フーリエ解析でした．フーリエ解析の出現以来，科学者はニュートン力学の法則や他の基本的な方程式を直接適用して解ける単純な問題だけではなく，複雑な問題にもそれを使用して解くことができました．19世紀のニュートン科学の偉大な成果の多くは，実際には，フーリエによって最初に提案された方法を使用しなければ不可能でした．その後，これらの方法は，天文学から機械工学まで，さまざまな分野の問題を解決するために使用されました．現在は，画像処理などでコンピュータを用いた高速離散フーリエ解析が行われています．

■ジャン・バプティスト・ジョセフ・フーリエ（1768-1830）
フランスの数学者．オセールに生まれ，9歳で孤児となる．若くして数学の才能を発揮した．フーリエは教会学校や軍人学校で教育を受けた後，フランス革命にあう．彼は数学教師として働いたが，生涯を通じて政治の世界で活躍した．1794年にはテロの被害者を保護して逮捕されたが，ロベスピエールの死後，獄中から釈放され，パリの有名なエコール・ポリテクニークの創設に参加し，その地位はナポレオン政権下での昇進の橋頭堡となった．ナポレオンに同行してエジプトに行き，下エジプト総督に任命された．1801年にフランスに帰国すると，州知事に任命された．1822年にはフランス科学アカデミーの常任書記官に就任し，フランスの科学界で影響力のある地位に就いた．熱伝導の論文は1807，1811年．フーリエ解析の本の出版は1822年．

 
plus magazine（November 5, 2020）を要約した

11月18日の東京都のCOVID19新規陽性者数は493人となり，指数関数的な増加予測グラフに乗りました．予断を許さない状況になりました．
ここで紹介する（plusmagazine，Nov.５，2020）記事は，マスク着用の効果とエアロゾルを介しての伝染を予防するための換気について語っています．たぶん，皆様の常識になっている事実の確認で新規性はないので，この記事は圧縮して紹介します．

■　COVID-19を引き起こすウイルスは、主に大きな液滴と小さなエアロゾルを介して伝染する。これらは、呼吸、会話、咳、または笑いの際に排出され、「ウイルスを含む小さな呼吸エアロゾルは、呼吸によって生成された二酸化炭素と一緒に、換気の流れによって部屋の周りに運ばれる」とリンデンらは論文で言う［Paul Linden, Rajesh Bhagat, Stuart Dalziel, and Megan Davies　Wykesによる］。「換気が不十分だと二酸化炭素濃度が高くなり、ウイルスにさらされるリスクが高まる可能性がある」

オフィス、病院、レストランなどの多くの近代的な屋内スペースの換気システムはさまざまです：　風と熱によって駆動される自然換気、または機械システムによります。混合換気は、空間内の空気を十分に混合して維持することを目的とし、置換換気は、部屋の上部から暖かい空気を抽出し、床近くの通気口から冷たい空気を供給することで、より涼しい下部ゾーンとより暖かい上部ゾーンを生成します。

COVID-19の感染に関しては、空気を混ぜることは望ましくない。「混合換気は、すべてを空中に浮遊させてかき混ぜることを目的としています」とリンデン氏は説明します。「置換換気ならば、私たちが吐き出す暖かく潜在的に危険な空気は天井に上がり、そこで抽出することができます」。

置換換気を使用しても問題が発生する可能性があります。部屋にさまざまな熱源がある場合、呼気は暖かい天井層の下に閉じ込められ、他の人によって再び吸い込まれる可能性があります。

人々の呼気の正確な挙動と病気の伝染におけるその役割を予測することは非常に難しいので、リンデンと彼の同僚は、流体力学研究所（ケンブリッジ大学の数学科学センター）で実験を行いました。

■　呼吸、会話、笑い
人がじっと座って息を止めているときでさえ、彼らの体の熱は天井に上がる暖かい空気のプルームを生成します。人が呼吸を始めたり、口を開いて話したり、歌ったり、咳をしたり、笑ったりすると、吐き出された息が2番目のプルームを生成します。伝達に関しては、この2番目のプルームが本体のプルームに同伴されて天井に運ばれるのが最善です。

もちろん、空気は見えませんが、リンデンと彼のチームは、暖かい空気を追跡できる画像技術を使用しました。「誰かが暖かい空気を吐き出すと、温度と密度の変化を見ることができます。それは光を屈折させ、あなたはそれを測定することができます」とバガットは説明します。

チームが作成した画像を以下に示します。左側の画像では、人は静かに座って鼻から呼吸し、中央の画像では通常の音量で話し、右側の画像では笑っています。各画像では、体のプルームが穏やかに上昇していることもわかります。3つのケースのそれぞれで、吐き出されたプルームが体のプルームに吸収されていないことがわかります。

上段の写真はマスクなし．下段の写真はマスクありです．

■　実験と数学

このような実験は非常に重要ですが、実験はリンデンと彼のチームの研究の一部に過ぎません。同様に重要なのは、ガスやその中の汚染物質の挙動を記述する数学モデルで、ウェルズ・ライリーの方程式があります。これは、空気感染性の病気にかかっている人と部屋を共有することで感染する人の予想される数I　を推定しています。

ここで、Sは、部屋の中で病気にあらたに感染可能な人の数であり、Γは部屋の中の既に感染している者がウイルスを排出する率を記述し、qは一人当たりの平均呼吸率、tは人々が部屋を共有している時間幅を記述する。Qは部屋の換気率、つまり新鮮な空気が部屋に入る率です。

この式をよく見てみると、Qが大きいほど（部屋の換気が良いほど）感染する人の数Iが少ないことがわかります。ウェルズ-ライリー方程式は、換気 Q は空間全体で均一であることを前提としており、リンデンと彼のチームが示したように、これは通常、人や家電製品によって生じる空気の流れも問題になり現実にはそうではありません。しかし、ウェルズ-ライリー方程式（他の多くの関連する数式とともに）は、現実の生活をより正確に記述する、より複雑なモデルの一部を形成するでしょう。

■　結論

置換換気システムは、適切に設定されている場合は、より良い選択である。
マスクは有益である。

この研究はまた、もう一つの興味深い可能性を示唆している。ウイルスを含んだエアロゾルは、私たちが息を吐くCO₂と同じように振る舞うので、部屋のCO₂レベルは警告システムに使える。CO₂レベルは非常に簡単に測定することができ、それが高い場合は、空気感染のリスクも高くなるので、リンデンらは、信号機のような警報システムを考えている。

今年の数学月間（7月29日）は，稲葉寿氏（東大）の表題の講演をZOOMでお送りしました．covid19の感染拡大第３波に見舞われている今日，お読みいただくと役に立つと思います．gotoトラベルは，それぞれR<1を保っている複数の状態（都市）の相互作用により，R>1に変わる可能性を誘発する危険な政策です．

■これまでに人類はいろいろなパンデミックを経験してきました．1918年のインフルエンザ（スペイン風邪）は4000万人以上の死者，2015年のＨＩＶ感染者は3670万人，マラリアは年間3億～5億人の患者を生む．最近のSARS，エボラなどの新興感染症や，再興感染症などにより感染症撲滅という1980年代までの楽観論は消滅しました．人口増加，都市集中，環境破壊などによって，感染症流行リスクはますます増大しています. 現在COVID-19は予断をゆるさない状況です．

■感染症の数理モデルは，SIRモデルを基本とします．これは，ケルマックとマッケンドリックが提唱(1927)したものです．全人口をS（感染感受性のある集団），I（感染者集団）,　R（免疫のできた回復者）の３つのグループに分け，それらのグループ間の相互作用（遷移）を数式で記述し数理モデルができます．
数理モデルは，感染拡大の様子を予測でき，種々の介入（ワクチン接種，隔離，接触制限，ロックダウンなど）を行うことで，感染性人口を絶滅させる（感染源にならないようにする）対策の策定に必要です．

COVID-19では，もう少し進化させた，SEIR数理モデルが必要です．これは，E（潜伏期間にある感染者集団）が加わったモデルです．特にCOVID-19は，Eグループのものが感染源になることや，免疫のできた回復者の免疫が消えることなどがわかり始めており，一筋縄では行かないモデリングになります．

■基本再生産数R0（R-naught)
感染感受性のある集団に居る一人の感染者が，その全感染期間に再生産する（感染させる）2次感染者の数を基本再生産数R0と定義します．全員感受性のある集団で，1次感染者数，2次感染者数，3次感染者数，･･･と等比級数で増加するときの公比がR0です．
R0は患者数と感染感受性のある人（未感染者）との接触回数に比例するので，環境状況でこの数値は変化します．感染が広がると未感染者が減り，実際の集団には免疫のある人も混ざった状態になるので，全員感受性がある集団で定義したR0よりも小さいR（実効再生産数）が期待できますが，適切でない介入があれば，逆にRの増加もあり得ます．
結局，R>1であればその集団の感染者人口の成長率は正になり，流行は拡大していくが，R<1であればその集団の感染者人口の成長率は負であって流行は自然に消滅する．何らかの介入をして，すみやかに，R<1とすることが対策になります．

■多状態のSEIRモデル
集団に2つの状態（例えば，学童と社会；病院と社会；東京と地方；大学と社会；等々）がある場合は，それぞれにSEIRモデルを作り，さらに２つの状態間の相互作用を考える複雑なモデル（コンパートメント・モデルという）になります．２つの状態にはそれぞれの実効再生産数Rがあります．
現実に近い多状態SEIRモデルを作り，その次世代行列の最大固有値として，Rを計算します．そして，どのような介入（例えば，ワクチン接種，ロックダウン，外出制限，休校）をすれば，Rが下げられるかを検討します．
集団の２つの状態のRが1未満であるため，感染が制御されているように見え，通常の生活に戻り始めるかもしれません．
イギリスでも約200万人の大学生が全国から復帰し，フレッシャーズフルー［注）フレッシャーズフルーとは，大学で最初の数週間に新入生が発症した一連の病気に付けられたイギリス英語］のようなCOVID-19感染拡大が懸念されるそうです．若者が無症候で感染を広げる最悪モデルでは，学年末までに96％感染と予測されました．学生集団は軽症ですが，体力の弱いスタッフや周囲のコミュニティと相互作用をするコンパートメントモデルでシミュレーションし，いろいろな介入施策の検討がなされています．
［注）Isaac Newton Instituteによって実施された「感染症のパンデミックのダイナミクスを理解する上での数学的および統計的課題」（IDP）　https://www.newton.ac.uk/event/idp］

日本でも，東京と他都市のRが，それぞれ１をわずかに下回っている状況ですが安心はできません．東京と他都市の相互作用により全体が増加し１を超えるRになる可能性はあります．

■免疫は持続するか
もし，回復したものの再感染を許容するモデルにするならば，新規感染率に対する，回復者再感染率の比をσとし，σR0＜１なら収束に向かいます．
従来の感染症の常識では，免疫を得ると再感染はしないということを前提にしていますが，COVID-19に関しては，再感染をしないような免疫が獲得できないかもしれません．免疫抗体が数か月で減衰するという報告が中国やスペインからなされている状況です．もし，免疫が獲得できないのであればワクチン自体が成立しないことにもなります．

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次回の数学月間企画講演（第3回）のお知らせ
「3Dジグソーパズルのデザインと数学」
手嶋吉法（千葉工業大学）
12月26日（土），15:00～17:00，参加無料です．
ZOOMにてリモートで実施します．多くの皆様の参加をお待ちします．
ホームページhttp://sgk2005.saloon.jp/　で申し込みができ，
参加登録されると，実施日の1週間前までにZOOMのURLをお知らせします．
主催：NPO法人数学月間の会

Dmitry Germanovich Fon-Der-Flaass "Kvant" No. 5、2010

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431269/Teoremy_sofista_Gorgiya_i_sovremennaya_matematika

Dmitry Germanovich Fon-Der-Flaass（1962–2010）が早すぎる死を遂げました。クバントの読者はこの名前に何度も会ったことがあります。クバント誌はしばしば彼の問題を発表しました。ドミトリー・ゲルマノビッチは大きな科学で成功を収めましたが、それは彼の活動の一部にすぎません。彼は、学童のための数学オリンピック、全連合および全ロシアのオリンピック、そして近年では国際審査員を務めました。彼はさまざまな数学キャンプや学校で講義を行い、国際数学オリンピックロシアチームのトレーナーの一人でした。この文は，2009年に全ロシア子供センター「Орленокオルリョノク（わし）」で、D.Fon-der-Flaassが行った講演に基づいています。

■古代のソフィスト、ゴルジウスは、三つの定理を立てたことで有名です。第一の定理は、世界には何も存在しないということです。第二の定理は、もし何かが存在するならば、それは人間にはわからないということです。第三の定理は、もし何かが認識可能であるならば、それは隣人には言い表せない。
言い換えれば、何もありませんし、何かがあれば、それについて何も知りませんし、何かを知っていても、誰にも言えません。
これらの三つの定理に四番目を追加します。何かを言うことができたとしても、誰も興味を持ちません。
これらの四つの定理は、実は、現代数学の主要な問題です。

ゴルジウスの第一定理
世界には何も存在しない。数学の言語に翻訳すると、数学は理解できないことをしています。ある意味、これは真実です。結局のところ、数学的なものは世界に存在しません。私たちは皆、自然数が何であるかを知っています。それらは1，2，3，4，などです。そして、私たち全員が「など」という言葉の意味を理解しているという事実は大いなる謎です。 「など」は「無限に多い」数を意味するからです。この世界には、無限に多くのものが存在する余地はない。しかし、私たち全員が自然数について考えるとき、私たちは皆同じことを考えていると信じています。私は7の次は8と思うが、あなたも7の次は8と思う。私が19を素数と思うが、あなたも19を素数と思う。この対象物は世に存在しないようですが、私たちはそれを知っており、私たち全員が同じことを知っています。もちろん、これは数学的な謎ではなく、哲学的な謎なので、議論は哲学者にさせます。幸いなことに、私たちは数学的対象の概念を持っているだけで十分で、それらについて考えるすべての人にとって同じです。だから数学が可能なのです。しかし、哲学的な大きな問題は残っています。

数学者が、これを厳密に考えようとすると、問題が発生します。それがこれからお話しすることです。それらが人類の記憶に出現したのはごく最近（過去100年間）のことです。

自然数に加えて、数学にはもっとたくさんのことがあります。ユークリッド平面があり、そこにあらゆる種類の三角形、角度を描き、それらについての定理を証明します。実数がある、複素数がある、関数がある、もっと恐ろしいものもある...。19-20世紀の変わり目（もちろん、それは少し前に始まった）で大きな転機がありました。人々は、多様な数学的対象の全体は、単一の概念 （集合の概念）に還元できることに気付きました。確かに、単純に「集合」とは何か、「など」とは何かということを直感的に理解していれば、基本的にはすべての数学を構築することができます。

問題は、集合で何ができるかということです。集合が存在する場合、それはどういう意味でしょうか？つまり、私たちの世界、数学的対象の世界のどの要素についても、それがこの集合に含まれているか否かを尋ねられたら、はっきりした答えを得られることを意味しています。答えは明確で、私たちの意志とは完全に独立しています。これは、集合を使ってできる最初の基本的なことで、要素が集合に属するかどうかを調べることです。

もちろん、集合自体は何らかの方法で構築する必要があります。そして、最終的には、すべての豊富な数学的対象がそれらから構築されます。それらはどのように構築されるでしょう？たとえば、空集合Øを作成できます。この集合に属しているかどうかに関係なく、どの要素について質問しても、答えは常に「no，属していません」となり、空集合はすでに一意に決定されています。空集合に関するすべての質問は即座に答えられます。

そして、空集合だけしか含まない集合{Ø}を作成できます。繰り返しますが、この集合があるとはどういう意味ですか？これは、どの要素についても、それがこの集合に属しているかどうかを判定できることを意味します。そして、この要素が空集合である場合、答えは「yes」、この要素が他の要素である場合、答えは「no」になります。したがって、この集合もできました。

ここからすべてが始まります。より直感的な操作をいくつか使います。 2つの集合がある場合は、それらを結合できます。これは、一方または他方の集合の要素を含む集合があると言えます。繰り返しますが、要素が結果集合に属するか否かという質問に対する明確な答えができます。だから私たちは結合を築くことができます。等々。

ある時点で、無限に多くの要素が存在する集合があることを宣言する必要があります。自然数があることを知っているので、無限の数が存在すると信じます。自然数の集合も利用できることを宣言します。無限の集合が現れると、整数を定義できます。整数は、ゼロまたはマイナス記号の有無にかかわらず自然数のいずれかです。これはすべて、集合理論の言語で行うことができます。

有理数を定義できます。有理数とは、分子と（ゼロ以外の）分母の2つの数値のペアです。それらの間に加法と乗法を定義する必要があるだけです。そして、そのようなペアが同じ有理数と見なされるときの条件は何でしょうか。

実数とは何か？これが興味深いステップです。たとえば、それは無限小数であると言うのも良い定義でしょう。無限小数とはどういう意味ですか？つまり、各自然数は実数に含まれます。

ところで、数学者は実数をこのように定義するわけではありません。我々がすでに押さえた有理数の集合を見れば、厳密には実数の集合よりも小さいものであることを宣言しておきましょう。これは非常に厄介な定義です。実は、以前の定義と非常に似ています。例えば実数3,1415926だとすると (無限の数の連鎖が続いている)例えば、それよりも小さい有理数は何でしょうか？小数点以下の端数を切ります。3.14という数字が出てきますが、考えた実数よりも小さいです。小数点以下第4位の端数を切ると3,1415個になり、これも考えている実数よりも小さい有理数が1つ増えます。自分の数よりも小さい有理数をすべて知っていれば、その数だけで決まることは明らかです。そのような絵を視覚的にイメージすることができます。直線はすべて実数で、その中でどこかに私たちの未知数があり、その左に私たちの未知数よりも小さい多くの有理数があります。他の側のすべての有理数は、それよりも大きくなるだろう。これら2つの有理数の間に1つのチップがあることは直感的に明らかで、このチップを実数と呼ぶことにします。集合の概念から始まって、数学全体が少しずつできていきます。

Дмитрий Германович Фон-Дер-Флаасс (1962–2010)カバー写真より
数学者が、例えば複素関数を研究するとき、複素数が実数の対であること、実数が有理数の無限集合であること、有理数が整数の対であることなどをいちいち思い出すわけではありません。出来上がったいろいろな数学対象を使っています。しかし、非常に長い話になりますが、原理的にはすべてのものは基礎から組上がっています。

では、数学者は何をするのか？彼らは、これらの数学対象のいろいろな特性を証明します。何かを証明するためには、すでに何かを知っている必要があります。何よりも、一人の数学者が得た結果が他のすべての人に受け入れられるためには、どのような初期特性から議論を始めるかの完全な合意がなければなりません。

これらの初期特性のいくつかを書き出す（それらは公理と呼ばれる）ことから始め、多くの複雑な数学対象の他のいろいろな特性を証明します。しかし、自然数では困難があります。正しいと直感的に感じる公理から導くことができないが、それにもかかわらず真実と思える自然数に関する命題があることが判明しました。

すぐに疑問が湧いてきますが、この性質が自然数にも当てはまることをどのようにして知ることができるのでしょうか？困難な問題です。自然数の公理しか扱えないのであれば、多くのことを語ることは不可能です。例えば、自然数の任意の無限部分集合について語ることはできません。それにもかかわらず、人々はそれが何であるかを想像し、これらの部分集合がどの特性によって決定されるか直感的に理解します。したがって、公理から推論できない自然数のいくつかの特性について、人々はそれらが真実であることを知ることができました。自然数のある性質を明示的に示したのは、おそらく数学者のクルト・ゲーデルが最初で、それは直感的には真実である（つまり、数学者はそれが真実であることに異議を唱えない）が、当時受け入れられていた自然数の公理からは推論できないということになる。

部分的、実際には非常に大きな範囲（数学のほとんどの分野）で、この問題は、慎重にすべてを集合に持ちこんで、直感的に正しいと思える集合理論の公理のいくつかを書き出すことによって対処されました。

言ってみれば、連想の公理。もし、いくつかの集合の集合があれば、次のように言うことができます：この集合からこれらの集合のすべての要素を含む集合を形成しましょう。このような集合が存在することには、合理的な反論はありません。また、もう少しトリッキーな公理もあります。ここでは、集合理論の中で、原理的に疑問視される可能性のある3つのトリッキーな公理を考えてみます。

例えば、こんな公理があります。要素をたくさん有すると集合で、それぞれの要素上のある関数の値を曖昧なく決めることができるとします。この公理は、この集合の各要素にこの関数を適用すると、集まったものが再び集合を形成するというものです（図2）。最も単純な例：xをx^2に変換する関数なら、自然数の集合があれば、それをそれぞれの正方形に入れるイメージで、また自然数の集合に対応させます。 直感的に理解できる公理ではありませんか？もし、これらの関数が非常に複雑な方法で定義されると、集合が非常に大きくなる恐れがあります。また、私たちの関数が明確に定義されていないことは証明できるが、集合の各要素についてこの関数の具体的な意味を計算することは非常に難しい、あるいは無限に難しいという状況もあり得ます。何かしらの答えがあることは確かで、それは曖昧なものではありません。このような複雑な状況でも、この公理は適用可能と考えられており、集合論の問題の源泉の一つは、このような非常に一般的な形です。

図3
一方では自明、他方では問題をもたらす第二の公理は、この集合のすべての部分集合を抜き出せるという公理です。ある集合があれば、その集合のすべての部分集合からなる集合が存在するという。有限集合の場合は当然のことながら N個の要素の有限集合があれば、それは2^N個の部分集合しか持ち得ないことになります。基本的には、全部書き出すことも可能です。最も単純な無限集合でも問題はありません。1,2,3,4,5,6,7などの自然数の集合を取ってみましょう。自然数の集合のすべての部分集合の族が存在することは、なぜ明らかなのでしょうか？要素がわかっているからです。自然数の部分集合を想像するにはどうしたらいいのでしょうか？取り出す要素には１を、取らない要素には０を対応させる。この配列が無限に続く２進数であることを想像してみましょう（図３）。［訳注）いくつか抜き取った状態は0.1010････など頭に０．をつけて無限に続く2進数で表現できる］これで、実数は自然数の部分集合とほぼ同じであることがわかります。 すべての実数が順に並ぶことを直感的に知っているので、それらは実線として明確に表すことができます。与えられた集合のすべての部分集合の集合に関する公理も成り立つのです。

さらに考えてると、ちょっと怖くなってきますが、数学者は、この公理は常に実行されると信じています：我々がある集合を持っている場合、それはまた、そのすべての部分集合が存在することを意味します。そうでなければ、何かを構築するのは非常に困難になります。

そしてもう一つ、最初は信じていなかった公理があります。その名を聞いたことがあるかもしれません。「選択の公理」です。様々な方法で定式化することができ、非常に複雑なものもあれば、非常にシンプルなものもあります。今から、選択公理の定式化の方法をお話ししますが、その中で、それが正しいことが本当に明白になります。いくつかの集合を用意しておきましょう。それらは実際には重なっているかもしれませんが、それは重要ではありません。 簡単に言えば、それらはまだ重なっていないかもしれません。そうすれば、これらのセットを全部まとめたものを作ることができます。これはどういうことかというと、その要素はこれらのものになる、つまり、それぞれの要素から1つの要素を取り出して、それらすべてで1つの集合を形成する（図4）。集合から一つの要素を選択するそれぞれの方法は、これらの集合から作られるものの要素を与えます。

もちろん、これらの集合の中に空集合があり、そこから選択するものがない場合、作られるすべてのものも空になります。そして、選択の公理は、そのような完全に明白な事実を主張します。これらの集合がすべて空でない場合、作られるものは空ではありません。これは明らかに、選択の公理が実際に正しいという事実を支持する最も強力な議論の1つです。他の定式化では、選択の公理はこれほど明白に聞こえません。

すべての数学を集合理論の言語に翻訳しようとして、数学者が命題をどのように証明するかを観察すると、多くの場所で、数学者はそれに気付かずにこの公理を使用していることがわかりました。これに気がつくと、別の命題に分ける必要があることが明らかになりました。私たちはそれを使用していたので、どこかからそれを取り出さなければなりませんでした。それを証明するか、これが基本的な明白な事実であり、それを公理として使用することを許可されていることを宣言する必要があります。これは本当に基本的な事実であり、他のすべての事実だけを使用して証明することは不可能であり、反論することも不可能であることが判明しました。したがって、それを受け入れる場合は、公理として受け入れます。そして、もちろん、受け入れる必要があります。

ここで大きな問題が起こりました。この事実が明確な形で定式化され、「使用できます」と宣言されるとすぐに、数学者はすぐにそれを使用し、直感的には全く非自明な命題を多数証明しました。直感的に間違っているように見える命題すら証明しました。

選択の公理を使用して証明された、そのような命題の最も衝撃的な例は以下です。ボールがあります。それをいくつかのピースに分割し、これらのピースから2つのまったく同じボールが作れます。ここで「いくつかの部分に分割する」とは、たとえば7とすると、各点ごとに、これらの7つの部分のどれに該当するかの話で、これはナイフでボールを切るようなものではありません。はるかに難しい場合があります。たとえば、これは想像するのは非常に難しいですが、ボールを2つにカットする方法なら、座標が有理数であるすべての点を1つのピースに取り、もう1つのピース（無理数の座標を持つすべての点）も作ります。各点について、どのピースに分類されたかがわかります。つまり、これはボールを2つのピースに合法的に分割したものです。しかし、これを視覚化することは非常に困難です。これらの各ピースは、遠くから見ると、まるでボールのように見えます。これらのピースの1つは実際には非常に小さく、もう1つは非常に大きくなりますが。そこで、選択した公理の助けを借りて、この方法でボールを7つのピースにカットできることを証明しました。次に、これらのピースを少し動かして（つまり、空間内で動かしたり、歪ませたり、曲げたりすることなく）、もう一度組み立てて、2つのボールを得ることができます。当初のものと同じです。この命題は証明されていますが、やや風変わりに聞こえます。しかし、それにもかかわらず、数学者は、選択の公理のそのような結果を完全に放棄するよりも我慢する方がよいことに気づきました。他に方法はありません。選択した公理を放棄すると、それをどこでも使用できなくなり、多くの重要で美しく直感的な数学的な結果が証明できないことが判明します。結果は安全に証明できるようになりますが、同時にそのような異常な結果もあります。しかし、人々は多くのことに慣れており、これらの異常にも慣れています。一般的に、現在選択されている公理には問題がないようです。

集合理論の一連の公理があり、数学があります。そして多かれ少なかれ、人間が数学でできることはすべて、集合理論の言語で表現できるようです。しかし、ここでは、ゲーデルが算術の時代に発見したのと同じ問題が発生します。私たちの集合の世界（すべての数学の世界）を説明するかなり豊富な公理のセットがある場合、それらが真実であるかどうかを知ることは決してできないという命題があります。これらの公理から証明することはできず、反論することもできません。集合理論は強力に発展しており、今ではこの問題に最も近いものです。いくつかの問が非常に自然に聞こえる状況に直面することがよくあります。それらに対する答えを得たいのですが、答えも未知で、公理から導き出すこともできないことが証明されています。

何をすべきか？集合理論では、彼らはどういうわけかこれに対処しようとします。つまり、彼らは新しい公理を考え出そうとします。人類にとって直感的に明らかなことはすべて、20世紀の初めに開発された集合理論の公理にすでに還元されているように思われますが、まだ何か他のものが欲しいことがわかりました。数学者は直感をさらに訓練して、いくつかの新しい命題が何らかの理由ですべての数学者に突然直感的に明白に見えるようにし、それらを使用できるようにするでしょう。

もちろん、これがどのように行われるのかはわかりません。非常に複雑な命題があります。まず、集合理論を深く掘り下げて、それらが主張する内容を理解し、次に理解する必要があります。 これらの命題は、実際に直感的に明白であると見なすことができ、公理と見なすことができます。 これは、数学の最も神秘的な分野の集合理論が現在行っていることです。

Дмитрий Германович Фон-Дер-Флаасс, «Квант» №5, 2010
Gorgiasの2番目の定理は次のようです-
何かが存在する場合、それは人にはわかりません。
ここで、このカテゴリに分類される文の例をいくつか示します。

集合理論に問題がありました。「選択の公理は本当ですか？」のような質問をする権利はあるのでしょうか？矛盾することなく数学をやりたいだけなら、原則として、選択公理を受け入れることも、それが真実ではないことを受け入れることもできます。どちらの場合でも、私たちは数学を開発することができ、ある場合にはいくつかの結果を、別の場合には他の結果を得ることができますが、矛盾は決してありません。

しかし、今は状況が異なります。明らかに、結果があり、その答えは明らかに存在し、明らかにそれは明確に決定されていますが、人類はおそらくそれを知ることは決してないでしょう。最も単純な例は、いわゆる（3 N + 1）問題です。これについては、これから説明します。自然数を選択しましょう。偶数の場合は、半分に分割します。そして、それが奇数の場合は、3を掛けて1を足します。結果の数値についても同じことを行います。たとえば、3から始めると、次のようになります。

7から始めると、プロセスに少し時間がかかります。いくつかの小さな数から始めて、このチェーンはかなり長いことが判明するかもしれませんが、常に1で終わります。どの自然数から始めても、そのようなチェーンを構築すると、常に1になるという仮説があります。これは（3 N + 1）-問題です-この仮説は本当ですか？

すべての現代の数学者はそれが正しいと信じているように私には思えます。そして、無謀にもそれを証明しようとさえします。しかし、誰も成功しませんでした。そして何十年も経過しています。したがって、これは魅力的な課題の1つです。もちろん、真面目な数学者はそれを軽蔑します-まるで楽しいパズルのようです。何がそこにあるのか、そこに何があるのか​​を知る必要が誰にあるか​は不明です。しかし、軽薄な数学者は、仮説が真実であるかどうかにまだ興味を持っています。それが証明されないうちは、ここで何でも起こり得る。まず、この質問には明確なyesまたはnoの答えがあることは明らかです。自然数から始めて、1に到達するというのは本当か、本当でないかのどちらかです。ここでの答えは、公理の選択や人間の意志に依存しないことは直感的に明らかです。人類はこの質問に対する答えを決して知らないという仮定があります。

ベルンハルト・リーマン
もちろん、誰かがこの仮説を証明すれば、私たちは答えを知るでしょう。証明するとはどういう意味ですか？これは、自然数が1に収束する理由を彼が説明することを意味し、理由を私たちに明らかにするです。

誰かが73桁の数字がまさにそのような特性を持っていることを証明するかもしれません。それからこのチェーンを実行することによって、私たちは間違いなく任意の大きな数字を得るでしょう。または、このチェーンが別の場所でループすることを証明します。繰り返しますが、これが仮説が間違っている理由になります。

しかし、たとえば、私にはひどい悪夢があります。この命題が真実であるが、理由がない場合はどうなるでしょうか。確かに、この命題には、ある人が別の人に理解して説明できる理由はまったくありません。そうすれば、私たちは答えを知ることは決してありません。残っているのは、すべての自然数を繰り返し、それぞれの仮説をテストすることだけだからです。そして、これは当然、私たちの力を超えています。エネルギー保存の法則は、有限の時間内に無限の数の操作を実行することを許可していません。または光の速度の有限性。一般に、物理的な法則では、有限の時間内に無限の数の操作を実行して結果を見つけることは許可されていません。

多くの未解決の問題は、この領域に正確に関連しています。つまり、原則として、彼らは本当にそれらを解決したいと考えています。それらのいくつかは決定する可能性が高いです。リーマン仮説という名前を聞いたことがあると思います。たぶんあなた方の何人かはこの仮説が何を言っているかを漠然と理解しているでしょう。個人的には漠然と理解しています。しかし、リーマンの仮説では、少なくともそれが真実であることは多かれ少なかれ明らかです。すべての数学者はそれを信じています、そして私は彼らが近い将来それを証明することを願っています。そして、まだ誰も証明も反証もできないという命題がいくつかあり、仮説においてさえ、2つの答えのどちらが正しいかは定かではありません。人類は、原則として、これらの質問に対する回答を決して受け取ることはない可能性があります。

Дмитрий Германович Фон-Дер-Флаасс，«Квант» №5, 2010
3番目の定理-何かがわかっている場合、それは隣人には説明できません。

これらはまさに現代の数学で最も燃えている問題であり、おそらく最も誇張された問題です。人は何かを証明しましたが、その証明を他の人に伝えることはできません。または、彼が本当にそれを証明したことを他の人に納得させます。この範疇で最初の例であり、一般に最も有名なのは、4色問題です。しかし、これはまだここで発生する最も困難な状況ではありません。ここで、4色問題について少しお話しした後、さらに異常な状況を示します。

図： 5.
4色問題とは何ですか？これはグラフ理論の質問です。グラフは、エッジで接続されたいくつかの頂点です。これらの頂点を平面上に描画し、エッジが互いに交差しないようにそれらをエッジに接続できる場合、フラットと呼ばれるグラフが得られます。グラフカラーリングとは何ですか？トップスはさまざまな色で塗装しています。エッジに沿って隣接する頂点が常に異なる色になるようにこれを行った場合、色は正しいと呼ばれます。できるだけ少ない色でグラフを正しく描きたいです。たとえば、図5には、ペアで接続された3つの頂点があります。つまり、どこにも移動できません。これらの頂点は、必ず3つの異なる色になります。しかし、一般的に、このグラフを描くには4色で十分です（3色では不十分です。確認できます）。

百年の間、問題がありました：平面上に描くことができるどんなグラフも4色で着色できるというのは本当ですか？誰かが信じて4色で十分であることを証明しようとしましたが、誰かが信じずに4色では不十分な例を考え出そうとしました。また、そのような厄介な問題もありました。問題は非常に簡単に定式化されます。したがって、多くの人々は、軽薄な数学者でさえ、それに襲いかかり、それを証明しようとし始めました。そして、彼らは膨大な量の疑惑の証拠または疑惑の否定を提示しました。彼らはそれらを数学者に送り、新聞で叫んだ。私は4色の問題を証明しました！」 -そして誤った証拠のある出版された本さえ。要するに、ノイズが多かったのです。

結局、K。AppelとV.Hakenがそれを証明しました。ここで、証明のスキームについて説明します。同時に、この証拠が他の人には説明できない理由もわかります。人々は、フラットグラフがどのように機能するかを真剣に研究することから始めました。彼らは数十の構成のリストを提示し、すべてのフラットグラフでこれらの構成の1つを見つける必要があることを証明しました。これは証明の前半です。そして、証明の後半-これらの構成のそれぞれについて、それがグラフにある場合は、4色で色付けできることを確認できます。

より正確には、証明は反対からさらに進んでいます。グラフを4色で着色できないとします。前半から、リストからいくつかの構成があることがわかります。その後、これらの構成のそれぞれについて、そのような推論が実行されます。グラフにこの構成が含まれているとします。捨てましょう。誘導により、残ったものは4色に塗られます。そして、残りを4色でどのように着色しても、まさにこの構成をペイントできることを確認します。

カスタマイズ可能な構成の最も単純な例は、他の3つだけに接続されている頂点です。グラフにそのような頂点がある場合は、最後に色を付けたままにしておくことができることは明らかです。他のすべてに色を付けましょう。次に、この頂点がアタッチされている色を確認し、4番目を選択します。他の構成の場合、推論は似ていますが、より複雑です。

さて、これはどのように行われたのですか？このように多数の構成のそれぞれが常に手でペイントされていることを確認することは不可能です-時間がかかりすぎます。そして、このチェックはコンピューターに割り当てられました。そして、彼は多くの事件を調べて、これがそうであることを本当に確認しました。その結果、4色の問題が証明されました。

当初はこんな感じでした。厚い本に記録された推論の人間的な部分には、すべてが着色されていることの最終チェックがコンピューターに委ねられ、コンピュータープログラムのテキストさえも与えられたというフレーズが付随していました。このプログラムはすべてを計算し、すべてをチェックしました-実際、すべてが正常です。つまり、4色の定理が証明されています。

すぐに騒動が起こりました-そのような証拠は信じられませんでした。結局のところ、証拠のほとんどは人間ではなくコンピューターで生成されたものです。 「コンピュータが間違っていたらどうしますか？」 -そんな偏狭な人たちが言った。

そして、この証明の問題は実際に始まりましたが、それらはコンピューターの部分ではなく、人間の部分にあることが判明しました。証拠に欠陥が見つかりました。もちろん、複雑な検索を含むこのような長さのテキストにはエラーが含まれている可能性があることは明らかです。これらのエラーは見つかりましたが、幸いなことに修正されました。

ヨハネスケプラー

コンピュータ部分は残り、それ以来、同じ種類の検索を行うだけで、プログラムを書き直しさえして、複数のコンピュータでチェックされました。結局のところ、正確に何を列挙すべきかが言われれば、誰もが独自のプログラムを作成して、結果が期待どおりになることを確認できます。たとえば、証明にこのような大規模なコンピュータ列挙を使用することは問題ではないように思われます。どうして？しかし、同じ理由で、4色の問題の例ですでに明らかになっています。つまり、人間の証拠よりもコンピューターの証拠の方がはるかに信頼されており、少なくはありません。彼らはコンピューターが機械だと叫びました、そして突然それはどこかで故障し、道に迷いました、そこで何かが間違っていました...しかしこれはただありえません。コンピュータが誤ってどこかで誤動作し、エラーが発生した場合（0が誤って1に置き換えられた場合）、これによって誤った結果が生じることはありません。これは結果につながりません、それはプログラムが最終的に壊れることだけです。コンピューターが実行する典型的な操作は何ですか？彼らは、そのようなレジスターからそのような番号を取得し、そこに制御を移しました。当然、この数に1ビットの変更が発生した場合、制御は誰にも移されませんでした。そこにいくつかのコマンドが書き込まれ、すぐにすべてが破壊されます。

もちろん、コンピューター用のプログラムを書く際にエラーが発生する可能性がありますが、これはすでに人為的なエラーです。人はプログラムを読んで、それが正しいかどうかを確認することができます。人は他人の証明を読んで、それが正しいかどうかを確認することもできます。しかし、人間はコンピューターよりも間違っている可能性がはるかに高いです。他の人の十分な長さの証拠を読んでいて、それに間違いがある場合、あなたがそれに気付かない可能性があります。どうして？まず第一に、証明の作者自身がこの間違いを犯したので、それはそれが心理的に正当化されることを意味します。つまり、彼は偶然にそれをしたのです-これは原則として、典型的な人がそのような間違いを犯すことができる場所です。これは、この一節を読んで、それに気づかないことで同じ間違いを犯す可能性があることを意味します。したがって、人間による証明の人間による検証は、コンピュータプログラムの結果を他のマシンで再度実行して検証するよりも、信頼性の低い検証方法です。 2つ目はほぼすべてが正常であることを保証し、1つ目はどれほど幸運かです。

そして、この問題（人々が書いた数学のテキストの誤りを見つけること）では、それはますます困難になり、時には不可能にさえなります-これは現代の数学の深刻な問題です。あなたはそれと戦わなければなりません。まだ誰も知らない。しかし、問題は大きく、現在発生しています。これにはいくつかの例があります。これはおそらくあまり知られていませんが、最も近代的なものの1つです。これはケプラーの古い仮説です。彼女は三次元空間にボールを置くことについて話します。

図： 6
まず、2次元空間、つまり平面で何が起こるかを見てみましょう。同じサークルを作りましょう。それらが交差しないように平面上にそれらを描くための最良の方法は何ですか？答えがあります-あなたは六角形の格子のノードに円の中心を置く必要があります。このステートメントは完全に些細なことではありませんが、簡単です。

3Dでは、どのようにボールをしっかりと詰めますか？まず、図6に示すように、平面上にボールを配置します。次に、図7に示すように、同じ層の別の層を上に置き、止まるまで押します。次に、同じ層の別の層を上に置きます。直感的には、これは3次元空間にボールを置くための最もタイトな方法です。ケプラーは、このパッケージは3次元空間で最も密度の高いパッケージでなければならないと主張しました（そして最初に作成したようです）。

それは17世紀に起こりました、それ以来、この仮説はそれだけの価値がありました。 21世紀の初めに、その証拠が現れました。そして、あなたの誰もがそれを手に入れて読むことができます。インターネット上のパブリックドメインにあります。この記事は200ページです。それはある人によって書かれ、コンピュータ計算だけでなく、純粋に数学的な推論も含まれています。

図： 7
まず、著者は数学的な推論を使用して、問題を有限数のケースをチェックするように減らしようとします。その後、時々コンピューターを使用して、彼はこの有限の、しかし非常に多くのケースをチェックし、すべてが収束します、そして-万歳！ -ケプラーの仮説が証明されました。そして、これがこの記事の問題です-誰もそれを読むことができません。それは重いので、場所によっては検索が本当に完了したかどうかが完全に明確ではないので、それを読むのは単に退屈だからです。 200ページの退屈な計算。人はそれを読むことができません。

一般的に言って、誰もがこの記事にはこの定理の証拠が含まれていると信じています。しかし一方で、これまで正直にチェックした人は誰もいません。特に、この記事はピアレビューされたジャーナルに掲載されていません。つまり、自尊心のある数学者は、「はい、すべてが正しく、ケプラーの推測が証明された。」

そして、これは唯一の状況ではなく、これは数学の他の分野でも起こります。最近では、セット理論、モデル理論、さまざまな分野で未解決の問題のリストに出くわしました。そして、ある仮説に対するコメントがあります。それは、このような記事で反駁されていると言われていますが、誰もそれを信じていません。

これが状況です。その人はその声明を証明しましたが、それを他の人に伝えることも、他の人に伝えることもできません。

最も恐ろしい例は、もちろん、有限の単純なグループの分類です。必要に応じて、それらが何であるか、グループが何であるか、有限グループが何であるかを正確に定式化することはしません。有限グループはすべて、ある意味で、単純なグループと呼ばれる単純なブロックから組み立てられます。これは、小さなブロックに分解することはできません。これらの有限の単純なグループは無限にあります。それらの完全なリストは次のようになります。これらは17のエンドレスシリーズであり、最後に26の個別のグループが追加されます。これらは個別の方法で構築され、どのシリーズにも含まれていません。このリストには、すべての有限の単純なグループが含まれていると言われています。この仕事は数学にとってひどく必要です。したがって、70年代に、その解決策に対するいくつかの特別なアイデアと希望が現れたとき、さまざまな国、さまざまな機関の数百人の数学者が問題を攻撃し、それぞれが独自の作品を取り上げました。いわば、このプロジェクトのアーキテクトがいて、これらすべてをまとめて1つの証明にまとめる方法を大まかに想像していました。人々が急いで競争していたことは明らかです。その結果、彼らが行った作品は合計で約10,000の雑誌ページになり、それが出版されたものです。また、プレプリントまたはタイプライトされたコピーのいずれかの形式で存在した記事もあります。私自身、そのような記事をやがて読みました。この完全な証拠の注目すべき部分が含まれていますが、公開されることはありませんでした。そして、これらの10,000ページは、さまざまな人によって書かれたさまざまなジャーナルに散在しており、さまざまな程度の理解力があります。これに関係がなく、この理論の設計者ではない一般の数学者にとって、10,000ページすべてを読むことは不可能であるだけでなく、非常に困難です。証拠の構造そのものを理解します。そしてそれ以来、これらの建築家の何人かは単に死にました。

証明は誰も読めないテキストの形でしか存在しないが、分類が完了したことが発表され、次のトラブルにつながった。新しい数学者は、有限グループの理論に行く気がありませんでした。これを行う人はますます少なくなっています。そして、50年後には、この証拠で何かを理解できる人が地球上にまったくいないということが起こるかもしれません。伝説があります：私たちの偉大な祖先は、すべての有限の単純なグループがこのリストにリストされており、他にはないことを証明する方法を知っていましたが、今ではこの知識は失われています。かなり現実的な状況。しかし、幸いなことに、この状況が現実的だと思っているのは私だけではないので、彼らはそれに苦労しており、彼らは特別なプロジェクト「有限の単純なグループの分類の証明に関連する哲学的および数学的問題」を組織したとさえ聞いた。この証拠を読みやすい形にしようとしている人々がいます、そして多分いつかそれは本当にうまくいくでしょう。これらすべての困難をどうするかを考えようとしている人々がいます。人類はこの仕事を覚えているので、最終的にはそれに対処します。しかし、それにもかかわらず、他の同様に複雑な定理が現れる可能性があり、それは証明できますが、誰も読むことができず、誰も誰にも言うことができないという証拠です。

Дмитрий Германович Фон-Дер-Флаасс，«Квант» №5, 2010
のエッセイのまとめです．今回は短いが，彼の最も言いたかったことはここにあるのでしょう．最後に私（訳者）の感想を述べます．

そして今、第四の定理について、少しだけ、多分最も恐ろしいことを話します - "教えても、誰も興味を示さない”。この問題のいくつかの断片はすでに話しました。人々は有限群の研究に興味を持たなくなりました。やる人が減ってきて、テキストという形で保存されてきた知識の塊が不要になり、誰も読めなくなってきている。これは数学の多くの分野を脅かす不幸でもあります。

数学の分野によっては運がいい分野があります。例えば、グラフ理論と組み合わせの理論は同じです。本気でやり始めるにも、ほんの少し学べばよい。少し勉強して、数学オリンピックの問題が解ける。一歩踏み出して、未解決の問題があり、～やったーとなります。しかし、数学の多くの分野は、本当に美しく、それをやりたいと感じるためにも、あなたは多くのことを学ぶ必要があります。そして、その道中では、他にも多くの美しいことを学ぶことができます。しかし、道中で出会うこれらの美しさに気を取られてはいけません、そして、最後には、まさに迷路の中で、美しさを見て、そして、多くのことを学んで、この分野の数学ができるようになっていくのです。そして、この難しさは、そういった部分の問題です。数学の分野が発展するためには、それに従事しなければなりません。全ての困難を乗り越えて、そこに登って、その後もやり続けるというのは、多くの人には面白いはずです。そして今、数学はその難易度の高みに達しており、多くの分野で人知の限界が大きな問題となっています。

人類がこれらすべての問題にどのように対処するのか-私にはわかりませんが、それは興味深いものになるでしょう。

実はそれだけです。

訳注）感想：私は、このエッセイで例にあげられている有限群の問題に興味があります。しかし、この分野は数学者たちは興味を失っているようです。それは、数学の確立された分野で，これ以上研究するのは人間の理解できる限界だからです。これを乗り越えるのは、他のすべての分野の知識もマスターしている数学者ができる仕事でしょう。それを乗り越えられる人がいるのか，その人知はもう人間業ではないのか。そして、たとえ誰かが乗り越えても他の誰にも理解できず，その結果に誰も関心をもたないという状況が恐ろしい．