hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
文化的景観における人と水環境の関係の研究 -白川郷・五箇山の景観形成とその保存-

文化的景観とはその土地が刻んできた記憶のレイヤーの集積であり、景観を作り出すに至った有形・無形のシステムを様々な視点から明らかにすることで、その景観の持つ意義や価値を理解し、保全計画に役立てることが重要である。本研究では、人と自然の相互作用を理解するための指標として人が生きるために欠かすことのできない「水」に着目し、岐阜県白川郷と富山県五箇山を例に、文化的景観の中で人と水環境の関係がその景観形成に果たす役割を考察した。平成19年度は,南砺市,白川村において明治時代の地籍図を調査し,伝統的な水利用を行っていた時代の取水源に関する情報を整理した。また,戦後の水環境変化を知るための資料として,村史等の文献調査や,水環境に係わる工事関係資料の収集を行った。必要に応じて過去の水路跡などの踏査も行った。このほか,各地区の地形図を収集すると共に,白川村荻町地区の湧水地点にデータロガーを5カ所に設置し,水温と水量(水深)の時系列変化に関する情報を収集している(継続中)。また,荻町地区,菅沼地区(旧上平村地区),相倉地区において,地域の古老に伝統的な水利用や水に係わる出来事に関する聞き取り調査を実施した。特に荻町については集落全地区を網羅する12名を対象に,地区ごとの水利用の違いや景観の違いを検討するための情報も収集した。なお,白川村荻町地区で収集した情報の一部については,白川村荻町地区伝統的建造物群保存地区の環境物件見直し事業の基礎資料として,白川村伝統的建造物群保存地区保存対策協議会の環境物件調査部会へ情報提供を行った。一方で,文化的景観の自然科学的価値評価に関して,世界遺産委員会の自然遺産分野における諮問機関であるIUCNの見解について,文献調査や,IUCNメンバーへの聞き取り,世界遺産センターが公開している推薦書の調査などを行い,現状把握をおこなった。本研究では、人と自然との共生によって形成される多様な文化的景観に関する総体的な研究の一翼として、世界遺産である白川・五箇山の合掌造り集落周辺を調査の対象とし、文化的景観における人と水環境の相互作用の機能と役割について研究を行った。対象となる集落において、伝統的な水利用や水に係わる出来事に関する踏査や聞き取り調査を実施したほか、適宜文献資料等を活用し、伝統的な水利システムが地区の自然環境とどのように相互作用を重ね、伝統的な景観が成立したのか、また、これらの水環境が戦後どのように変化して現在のような文化的景観を形成するに至ったのかを時系列に整理し、3集落の間で比較検討を行った。一方で、文化的景観の概念に関して、国際シンポジウムや、海外専門家などヘインタビューを行ったほか、関連する文献資料を収集することにより、世界遺産条約における文化的景観の考え方や、近年アジア諸国で議論されている文化的景観の考え方ついて現状把握をおこなった。調査の結果、白川・五箇山の3集落は、同じ庄川沿いでもそれぞれ異なる水環境下にあることから、建物の配置や土地利用、戦後から高度経済成長期における水開発の経緯/方法などに差異があり、その結果伝統的な水環境の残存状況も大きく異なることが明らかとなった。しかし、いずれの集落も水利施設の開発をきっかけに大きく景観が変化していることから、人と自然との関わり合いの変遷、すなわち文化的景観の変遷を「水環境」という地域住民に密着したパラメーターから捉えることが有効であり、かつ重要であることが示唆された。研究成果の一部については、論文として取り纏めたほか、10月に中国貴州省貴陽市で行われた村落の文化的景観に関する国際シンポジウムにてポスター発表を行った。
金属含有タンパク質における原子別酸化還元状態決定法の開発

4Fe-4S型の鉄イオウクラスターを持つ光合成細菌由来の高電位鉄イオウタンパク質と2Fe-2S型の鉄イオウクラスターを持つRieskeタンパク質について、単結晶X線回折実験を吸収端近傍のさまざまなエネルギーのX線を使用しておこない、回折データに含まれる異常分散効果から吸収スペクトルを金属原子ごとに再構成して酸化還元状態を決定する方法について研究を行った。光合成や呼吸に関与するタンパク質の多くには、補因子として複数の金属原子が含まれていて、機能発現において中心的な役割を担っている。同じ種類の元素が複数含まれる場合であってもそれぞれ異なる酸化還元状態をとる可能性がさまざまなタンパク質について指摘されている。したがって、金属原子の酸化還元状態を知ることは機能発現機構を解明するためには重要である。ところが、タンパク質のX線結晶構造解析からは酸化還元状態についての直接的な情報は得ることができない。そこで本研究では、金属原子を含むタンパク質の結晶を研究材料にして、精度よく原子ごとの酸化還元状態を決定する方法の確立を目的として研究を行っている。平成24年度に実施した研究の成果として、4Fe-4S型の鉄イオウクラスターを持つタンパク質の結晶を使用して収集した回折データの解析に関し、データセット間のスケーリング方法や、異常分散差フーリエ図の作成方法、プロット方法を検討したことが挙げられる。異常分散ピークを酸化型と還元型の両方のデータについて比較することで、鉄原子ごとの性質を明らかにすることができた。また、2Fe-2S型の鉄イオウクラスターを持つタンパク質に適用するために、好熱性シアノバクテリア由来のRieskeタンパク質について結晶を作製し、高分解能回折データの収集と構造解析を行った。平成23年度に実施した研究の成果として、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL41XUを使用して回折実験条件の検討をおこない、酸化型と還元型の高電位鉄イオウタンパク質(HiPIP)の結晶について、吸収端近傍(1.74 Å=7.1 keV)で2eVおきにそれぞれ14個の回折データを収集することができた。データ収集時にヘリウム吹き付け冷却装置を用いて結晶を40Kまで冷却し、さらにはデータセットごとに照射位置を変更するなどの工夫により、収集した回折データにはX線損傷の影響が見られないことを確認することができた。平成23年度の目標として、ミオグロビンとHiPIPについての回折データ収集を挙げていたが、結晶サイズの問題から、ミオグロビンについては回折データを収集することができなかった。そのかわりに、HiPIPについては酸化型と還元型の両方の回折データを収集することができた。HiPIPは分子中に4Fe-4Sクラスターを持ち、今回提案する測定方法によらなければ、各鉄原子の情報を独立に取得することは不可能である。したがって、両方の状態のデータが揃ったことは大きな進展である。また、実験条件を詳細に検討し、最終的にX線損傷の影響が見られない回折データを収集することに成功した。これは本来の酸化還元状態を明らかにするためには非常に重要である。したがって、本研究はおおむね順調に進展していると評価することができる。収集した回折データの解析に関し、データセット間のスケーリング方法や、異常分散差フーリエ図の作成方法、プロット方法を検討し、実用化、汎用化に向けた取り組みを行う。酸化型と還元型のHiPIPの解析結果を比較することで、どのエネルギー領域にどのような変化が検出されるのかを検討する。これにより、重点的にスキャンするべきエネルギー範囲を決定しさらに精密なデータを収集する。また、平成23年度に達成することができなかったミオグロビンの回折データを収集する。さらには、ほとんどの金属含有タンパク質に適用可能なはずであり、とくに光合成や電子伝達に関与するタンパク質への応用を検討する。物品費(1,400,000円)の内訳は、培養、精製および結晶化をおこなう試薬や器具の購入(900,000円)、データの保存や解析に必要な電子媒体の購入(20,0000円)、冷却用ヘリウムの購入(300,000円)である。これにより、測定に必要な結晶の準備からデータ処理までをおこなうことが可能である。旅費(300,000円)の内訳は、放射光施設への旅費(200,000円)、研究成果報告のための旅費(100,000円)である。放射光施設への旅費には実験補助をおこなう大学院生の分も計上してある。
レプトンセクターに於ける重フレイバー物理の研究

電子・陽電子衝突によるτ対生成・崩壊及びb稀崩壊事象のシミュレーションを高統計で行い、サンプル濃縮データを蓄積する体制を、名古屋大学高エネルギー研究室に構築した。特にτ事象を濃縮したスキムデータの管理は、Belle共同実験の中で名古屋大学が分担し、hepnetによってそれらを共同実験グループメンバーの利用に供した。τ対生成に於けるCP/Tの破れとτの電気2重極モーメント(EDM)、τ崩壊に於けるCP対称性の破れ、τのレプトン数保存を破る崩壊の上限の更新、など、比較的少ないデータサンプル(10^6個程度)で有意の効果が期待できる過程、ある程度データの蓄積を必要とする、レプトンが絡んだbのFCNC稀崩壊、τ崩壊の終状態のハドロン質量分布の高精度測定、を平行して解析を進めた。τ対生成におけるCP/T非保存パラメーターは、τのEDMと関連付けられる。τの崩壊モードとしてeμ,eπ,μπ,eρ,μρ,πρ,ππ、ρρを用い、これまでの上限値を一桁更新する値を得た。τ→ππ^0υ崩壊の角度分布測定は、測定限界内でのCP成立を示した。τ→μγ崩壊の探索により、レプトンフレイバー非保存崩壊の上限値を追求した。これまで最も感度の良い探索はCLEOによるものであるが、それを上回る感度を得た。さらに精度を上げるべく解析が続行している。bクオークのFCNCによる稀崩壊b→sll過程に関しては、まずexclusive崩壊過程であるB→K(^*)e^+e^-及びB→K(^*)μ^+μ^-過程の探索を行い、これまで上限値しか得られていなかったB→Kl^+l^-の崩壊分岐比に初めて有意の値を得た。さらに、ストレンジネスを持ったハドロン系終状態を加算することによって、b→sll包括過程においても有意の分岐比値を得た。これらの結果は、雑誌、各種国際会議で発表された。KEKBファクトリ加速器は本年度著しい進展をみせ3.2×10^<33>/cm^2/secと世界最強に並ぶルミノシティを達成した。それにともないBELLE実験で収集するデータ量も飛躍的に向上し本研究のτ粒子事象も統計を貯めつつある。本年度においては、データ解析が支障なくおこなえるように、計算資源やソフトウェアなど解析環境を整備した。特にシミュレーションによる擬似データ生成においては名古屋大学が全て生成を行い他研究機関への供給をおこなっている。(1)の解析ではτ→eνν,τ→μνν事象を用いCP非対称パラメーター(A,T33、Q33)を1%の精度で測定し、この精度でのCP非保存がないことを示した。このようなパラメータを用いての測定は世界で初めてである。(2)の解析ではππ^0の角分布からτの崩壊におけるCP非対称度を測定しこの破れを1%の精度で抑えることができた。これら2つの解析は統計誤差が精度を決めているためデータ量が増えるとともにCP非保存の測定精度は向上していく。さらにτ→μγによる標準理論を超える新しい物理の探索、τ→ρνγによるτの崩壊における高次効果の測定を現在進めている。KEN Bファクトリ加速器は世界最高のルミノシティー6.6×10^<33>/cm^2/secを達成した。Belle実験のデータ収集も順調に進み、平成13年度末時点で積分ルミノシティ約60pb^<-1>に達した。

これらのデータから、τレプトン事象候補を含むサンプルを抽出したデータを名古屋大学高エネルギー研究室の計算機システムにおいて管理し、さらに物理解析に必要なシミュレーションによる大量の擬似データを発生させて、グループ内の解析に供した。また、関連するテーマとして、Bクオークからのレプトン対生成事象サンプルとシミュレーション擬似データの整備、発生を行った。データ解析においては、τ対生成におけるCP/T非保存パラメーターの上限値の測定は、τレプトンの電気2重極モーメント(の限界値)と関連付けられる。平成13年度夏までのデータサンプルを用い、τのeμ,eπ,μπ,eρ,μρ,πρ,ππ,ρρ終状態への崩壊モードから、以前の上限値を一桁更新する値を得た。また、τ→μγ崩壊の探索により、レプトンフレイバー非保存(LFV)の上限値を求めた。これまでで最も感度の良い探索はCLEOによるものであるが、それとほぼ同等の感度を得た。さらに精度を上げるべく解析が続行している。さらに、レプトンが絡む新物理探求テーマとして、Bメソンのレプトン対を放出する稀崩壊B→Kμμの有意のシグナルを初めて得た。上の3つとも、7月にローマで行われたレプトン/フォトン国際会議に寄稿論文として報告した。KEKB加速器はさらに世界最高のルミノシティーを更新、Belle測定器はデータ収集実験開始以来累積ルミノシティー100fb^<-1>に到達し、その後も順調にデータ収集を続けている。引き続き、高統計のシミュレーション擬似データ生成・蓄積が進んだ。データ解析は、昨年に引き続きτ生成におけるCP/T非保存の測定、τ粒子の電気2重極モーメント(の限界値)をeμ,eπ,μπ,eρ,μρ,πρ,ππ,ρρ終状態を用いて包括的に追及し、系統誤差を注意深く評価し、最終的な結果を公表した。従来の測定限界を1桁以上更新する値である。τ崩壊に関しては、τ→ππν崩壊におけるππ質量分布を精度良く測定し、μの異常磁気能率の理論値に対するインプット値の追及、レプトン数非保存τ→μγ過程の探索を行った。統計精度は従来の測定を超え、背景事象から来る系統誤差を抑える作業が続行している。昨年、レプトンが絡む新物理への窓となりうるFCNC稀崩壊過程B→Kμμのシグナルを得たが、今年度はフルの統計を用いてその結果を更新、Kee, K^*μμ終状態にも有力なシグナノレを得た。理論と比較しやすいinclusive b→X_sllの測定を、X_sをK^+/K^-/K^0及びπ4個までの積算で近似して行い、B→Kμμの測定とconsistentな有意の値を得た。それらの結果は、2002年高エネノレギー国際会議(寄稿論文)、τレプトン国際ワークショップなどに報告され、またτの電気2重極モーメントの結果はPhys. Letters誌に掲載された。
in situがん細胞特性診断を可能とする蛍光プローブの開発とその応用

本研究課題は、申請者がこれまでに確立してきた蛍光プローブの論理的精密設計法を活用し、治療対象とするがん細胞の特性・個性やその治療効果を、in situで詳細に把握可能な蛍光プローブの開発を目指すものである。本年度は、ごく最近確立した酸性環境認識蛍光プローブを活用したがんイメージング法の活用による、がん治療効果のin situ判断が可能かどうかを検討した。具体的には、酸性環境を認識して初めて蛍光性となるpH感受性蛍光プローブを、がん特異的抗体に結合させたプローブを作成し、これを生きているがん細胞にエンドサイトーシスにより取り込ませた。しばらくすると、プローブは内部が酸性pHであるリソソームに運搬され、蛍光を発するようになるが、次に30%エタノールで細胞を処理することでがん細胞を死滅させたところ、細胞が性きている時は観測されたリソソームの蛍光が全く無くなることが明らかとなった。これは細胞が死滅することにより、プロトンポンプを活用したリソソーム内の酸性環境維持が出来なくなり、プローブが中性pH環境に再び置かれ、無蛍光性へと戻ったためと考えられた。そこで次にがんモデルマウスを用い、in situがん治療効果の検証を行った。具体的には上記プローブを肺がん転移モデルマウスに静脈内投与し、一日後開腹して肺のイメージングを行い、がん部位でのみプローブ蛍光が観測されることをまず確認した。次に肺表面からエタノールを浸潤させ、エタノール注入療法によるがん治療のモデル処置を行ったところ、がん部位の蛍光の消失が確認された。本結果は、エタノール注入療法によるがん治療効果を、術者がその場で確認しながら行うことを可能とする画期的な成果であり、近い将来臨床現場で本手法が活用されることが期待される。
S期タンパク質結合プロファイリングによるゲノム動態の解明

ヒト細胞の全ゲノムの1%において多くの複製開始領域(例;7q31.1領域)の同定に成功した。また、複製活性の高い領域がほぼ、遺伝間に存在していることが判明した。さらに、今回、同定したいくつかの点で、DNA合成に関わる複製フォークを構成するタンパク質RPA34やMCM4が結合していた。本研究成果は、すぐにでも全ゲノムでの解析が可能である。また、これらの結果は、これまで哺乳類細胞で研究することができなかった複製フォークの解析の可能性を示唆している。生物はその遺伝情報の母体であるゲノムDNAを代謝(複製,分配,転写など)することにより生命活動を維持している。DNA複製はいくつかの制御機構と連携して正常なゲノムDNAの複製を完了させる。しかし,高等真核生物であるヒト細胞ではDNA複製の複製開始点はまだ数えるほどしか同定されておらず,複製開始とその進行や他と制御機構との連携との解析は他の生物より遅れている。そこで,ヒト細胞においてDNAチップ(マイクロアレイ)を用いた複製開始点の網羅的法の確立とその同定を進めた。2.5mMThymidineでS期に同調したHeLa細胞をBrdU(Thymidine analogue)と複製阻害剤Aphdicolin(polymeraseαの阻害剤)で細胞を処理することにより,初期複製開始点をBrdUラベルした。BrdUを含むDNAを免疫沈降により回収し,1%のヒトゲノムを高密度(35bp)にカバーするマイクロアレイ上で検出を行った。その結果,いくつかの新規初期複製開始領域(例;7q31.1領域)の検出に成功した。その分布のほとんどが遺伝子をコードしない領域に存在していた。さらにAphidicokm処理時に複製チャックポイント阻害剤であるCaffeineにより処理し同様の実験を行った。DNA複製チェックポイントにより活性が抑制されていた後期複製開始点からの複製開始が確認された。HeLa細胞では,代表的な後期複製開始点であるβ-globin領域からの複製も確認することができた。また,今回検出した複製領域が通常の細胞周期でも初期であるかどうか,FISHを用いた複製タイミング決定法で確認したところ,マイクロアレイの結果同様S期初期に複製することが判明した。この結果はマイクロアレイの結果を支持していると考えられる。生物はその遺伝情報の母体であるゲノムDNAを代謝(複製、分配、転写など)することにより生命活動を維持している。しかし、高等真核生物であるヒト細胞ではDNA複製の複製開始点はまだ数えるほどしか同定されておらず、複製開始とその進行や他と制御機構との連携との解析は他の生物より遅れている。そこで、ヒト細胞においてDNAチップ(マイクロアレイ)を用いた複製開始点の網羅的法の確立とその同定を進めた。前年度の成果により、BrdU (Thymidine analogue)と複製阻害剤Aphdicolin (polymerase αの阻害剤)で細胞を処理することにより、初期複製開始点をBrdUラベルし、ChIP-Chip法により多くの初期複製開始点の同定に加えcaffeine処理により後期複製開始点の決定に成功した。そのプロファイルを遺伝子配置と比較することにより、初期複製開始点の多くは遺伝子間の存在していることが判明した。そこで、同定された活性の強い複製開始点(21q22.11)をモデルにAphidicolinにより停止した複製フォークを構成するであろうRPAやMCM4に対してChIPを行ったところ、他の領域に比べ優位に免疫沈降された。これらの結果は、今まで不可能だった哺乳類細胞におけるDNA複製の開始から複製フォークのまでのタンパク質の挙動を解析する基盤になることを示している。
シスプラチン腎炎におけるIL-18の役割と各種阻害剤の効果について

人において、シスプラチン投与後のアルドステロン上昇が報告されている。アルドステロンは副腎皮質の球状層から分泌されるステロイドホルモンで、腎臓においてNa再吸収を促進して尿量減少を引き起こす。人においてシスプラチン投与後に尿量の減少がよく認められることから、シスプラチン誘発腎障害においてアルドステロンがなんらかの役割を果たしているとの仮説をたてた。またACTHの投与により副腎にてIL-18が発現するとの報告や、心筋細胞においてアルドステロンがIL-18の産生に関与したとの報告がある。そこで、シスプラチン誘発腎障害におけるIL-18の役割を明らかにすると共に、アルドステロンの関与およびIL-18とアルドステロンの関連についても調べた。また、キマーゼがIL-18の活性型への変換に関与しているとの報告があり、シスプラチン誘発腎障害におけるキマーゼの役割についても調べた。方法として、野生型マウスとIL-18ノックアウトマウスにシスプラチンを腹腔内投与した後、経日的に採血し、血清中のIL-18のほか腎障害のパラメーターである、血清BUN、クレアチニン濃度の測定を行ったほか、シスプラチンを投与したマウスのアルドステロン、アンギオテンシンIIの血清レベルを測定した。結果、シスプラチンはキマーゼに依存したIL-18の産生を刺激することにより腎障害を引き起こしていることが明らかとなった。その際、IL-18によりレニン-アンギオテンシン系を介さず、直接アルドステロンが誘導され、シスプラチンの腎臓における蓄積を長引かせることで急性腎障害の原因となっていることが示唆された。一方、シスプラチンにより誘導されたアンギオテンシンIIは、受容体を介してアルドステロン非依存的なシスプラチン腎障害のメカニズムに関わっていることが推測された。この受容体依存的なメカニズムについては、現段階では不明である。
DsbA-L遺伝子を標的とした新たな糖尿病予防・治療システムの構築

1人間ドック受診者336名を対象に、DsbA-Lの発現量に影響するDsbA-L rs1917760遺伝子型とアディポネクチン値との関係について検討した結果、総アディポネクチンに占める高分子体の割合がDsbA-L T/T型保有者では低いことを明らかにした。2人間ドック受診者341名を対象とした検討では、DsbA-L遺伝子多型が肥満に影響することを明らかにした。さらに、本遺伝子多型が糖尿病の関連疾患である非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)発症に関連するか否かについても検討したところ、肥満や喫煙状況、性別、脂質パラメータ、肝機能検査値、血糖値など受診者の臨床的背景を考慮した詳細な解析(モデリング&シミュレーション)により、DsbA-L遺伝子多型は直接的にNAFLD発症に影響せず、肥満を介して間接的にNAFLD発症に影響することを明らかにした。3糖尿病患者373名を対象に、観察期間中の累積HbA1cを算出した後、糖尿病合併症の一つである慢性腎臓病(CKD)の発症予測モデルの構築に取り組んだ。その結果、CKD発症確率(Pr)を予測するlogit(Pr)モデルの構築に成功し、共変量には、性別とDsbA-L遺伝子型、収取期血圧、年齢、RAS阻害薬の使用の有無が組み込まれた。従って、DsbA-L rs1917760遺伝子多型は累積HbA1cと独立して、糖尿病患者のCKD発症に関与することが示唆された。Disulfide-bond A oxidoreductase-like protein(DsbA-L)は、抗炎症作用や高インスリン抵抗性作用を有するアディポネクチンの多量体化(活性化)に関与する分子であり、肥満や糖尿病の治療・予防の標的となり得ると考えられる。本研究では、DsbA-L遺伝子を標的とした糖尿病の予防・治療のためのシステム構築を目指して、以下の検討をおこなった。人間ドック受診者の末梢血から抽出したゲノムDNAを用いて、DsbA-L mRNA量の低下に関与する遺伝子型(rs1917760 -1308G/T)を判定し、血清中の総アディポネクチン量及び多量体アディポネクチン量をELISA法により測定した。それらの結果と人間ドック時の健診データ(平均6年程度の経時的データ)を基に解析を行ったところ、DsbA-L遺伝子多型(rs1917760)と多量体アディポネクチンとの間に関連性が認められ、加えて本遺伝子多型が多量体アディポネクチン(%)の低下を介して肥満に影響することも明らかにした。さらに、本遺伝子多型が糖尿病の関連疾患である非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)発症に関連するか否かについても検討したところ、肥満や喫煙状況、性別、脂質パラメータ、肝機能検査値、血糖値など受診者の臨床的背景を考慮した詳細な解析(モデリング&シミュレーション)により、DsbA-L遺伝子多型は間接的にNAFLDの発症に関与することを明らかにした(Oniki et al. CPT Pharmacometrics Syst Pharmacol., 2018)。肥満や非アルコール性脂肪性肝疾患に関する検討については、研究実績に記載した通りに進んでいる。糖尿病合併症に関する検討については、糖尿病患者の臨床情報はすでに収集できており、現在、糖尿病合併症のモデリング&シミュレーションに着手していることから、本研究課題は順調に進展している。引き続き、糖尿病合併症のモデリング並びにシミュレーションを行い、糖尿病治療におけるDsbA-L遺伝子の臨床的意義と治療標的としての可能性について検討する。
冷水循環式雪冷房における貯雪の強度と熱交換特性の評価

保冷コンテナを改造した貯雪庫に約4ヶ月間雪を保存した後に、その底部に水を流して冷熱を取り出す実験を行った。その結果、(1)雪を長期保存することでその強度が増すため、貯雪底部の融解が進んでも貯雪の崩れや割れが起こりにくくなり、水の冷却性能が低下すること、(2)貯雪に崩れや割れが発生すると、水の冷却度合いが急に増加すること、(3)水の冷却性能は貯雪庫内の水位が高いほどが高いが、水位10cm程度で飽和することがわかった。本研究は、冷水循環式雪冷房設備における雪水間の熱交換性能の評価を目的として、(1)貯雪部の寸法が実設備の数分の1程度である縮小装置を用いて系統的な実験を行うことにより、貯雪とその底部を横断して流れる水の間の熱交換特性を解明し、(2)さらに貯雪における雪塊の強度の評価方法、雪塊強度に与える貯雪保管条件(保管期間、貯雪高さ等の環境条件)の影響、雪塊強度が熱交換性能に与える影響についても明らかにするものである。このことから、本研究では実験用試料として冬場の積雪を大量に使い、かつそれを夏場まで保存しながら実験する必要があるため、本年度の成果は以下に示すように実験装置の製作と実験準備作業(貯雪庫への雪の投入など)が主なものとなっている。・本校構内に海上輸送用20フィート保冷コンテナ(寸法約2.5m×2.5m×6m)を改造した貯雪庫を設置し、雪冷房熱交換実験用に床面のフラット化・防水化のほか、計測器設置のための加工等を施した。これとは別に、貯雪における雪塊強度評価用の貯雪庫としてJR貨物用12フィート保冷コンテナ(寸法約2.5m×2.5m×3.6m)を本校構内に設置した。2月下旬に本校構内の積雪をホイールローダー、トラックを使って集め、ロータリー式除雪機を使って貯雪庫へ投入した。結果としてすべての貯雪庫にほぼ満杯の雪を詰め込むことができた。また、雪の投入作業後、太陽放射による熱流入を抑えるために除雪機の周囲をアルミ遮熱シートで覆った。このように、熱交換実験、および強度評価実験用の試料である貯雪の準備作業は計画通り実施することができたので、夏場までの間にそれぞれの実験を行う予定である。・貯雪の強度評価については、引張強度とせん断強度を評価するための装置を試作したが、まだ予備実験が不十分であり、装置の改良、もしくはより最適な方法を検討している段階である。昨年度までに海上輸送用20フィート保冷コンテナを用いた実験装置を製作し、実験準備作業として貯雪庫への雪の投入などを行った。この装置を用いて、今年度はまず6月中旬頃まで保冷コンテナを改造した貯雪庫での雪の保存性能を調べた。結果として半分以上の雪が融解し、特に側壁近傍の融解がより進むことがわかった。次に、この状態から貯雪庫底部に水を流し、貯雪との接触による水の冷却特性を調べた。結果として貯雪庫での水位が高いほど水の冷却性能は上がること、および実設備と同様な段階的な雪の融解過程が現れることが確かめられた。しかし実設備と比較すると冷却性能はかなり低いものであった。雪塊強度評価に関しては、JR貨物用12フィート保冷コンテナを貯雪庫として用い、ここから適当な日数間隔で雪を取り出し、引張り・せん断強度の評価を試みた。日数経過と共にそれら強度が増加する傾向が認められた。しかし、自然融解に加え、測定進行と共に雪が取り出されるため雪の消滅が早めに進行し、試料の状態は日々悪化した。以上の結果を踏まえ、実験装置と手順を改善し、次年度の実験の準備を行っている。冷水循環式雪冷房における冷熱取り出し時の雪水間の熱交換性能の評価を目的として、次の2のことを実施した。まず、20フィート保冷コンテナを貯雪庫とするモデル装置を用いた冷熱取り出し実験については、昨年度は実験開始時までの雪の融解量が多く、これが実験条件上問題であった。そこで、今年度は保存期間中は貯雪の周りをシートで覆い、実験開始時には貯雪と貯雪庫側壁の隙間に発泡板を挿入するという対策を施した。これにより昨年度よりよい条件で実験を行うことができた。その結果、次の知見を得た。

(1)貯雪は保存日数の経過に伴い互いに結合し塊を形成する性質があり、これが冷熱取り出し時の熱交換性能を低下させる原因となる。(2)貯雪は大きな塊状の割れを伴いながら縮小していき、この貯雪形状変化に伴い水の冷却性能が変動する。(3)水の冷却性能は貯雪庫内の水位が高い方がよいが、水位10cmと15cmの差は小さい。(4)貯雪長さが4m程度以上あれば装置の規模や流水条件による一定レベルの熱交換性能を示す。これらの知見は、今後、熱交換性能を向上させる方法を考案する上で重要である。次に、貯雪の引張・せん断強度の評価については装置、試料の保存方法、試験片の製作過程を見直し、改良した。試料用の雪は野外に設置した貨車用コンテナで保存する他に、保存日数の経過に伴う強度の変化を評価できるよう、ほぼ0°Cの恒温室に設置した高さ約2m、内径194mmの複数の鉛直樹脂製パイプに充填し保存したものも用意した。結果として、昨年度よりも小さくなった試験片に対応し、試験片の応力集中等の影響を抑え正しい測定ができるよう改良した強度試験装置を製作し、その動作を確認することができた。しかし様々な不具合に対処するのに時間がかかったこと、試料の保存状況が今一つ思わしくなかったことなどにより保存条件による強度の違いを考察できるだけのデータを得ることはできなかった。
小学校理科における科学的思考力・表現力育成のための自律型探究学習モデル・教材開発

本研究により,小学校段階において,科学的な思考力や表現力を育成するための,自律型探究学習モデル・教材の開発を行うことができた。特定の単元ではあるが,「探究学習モデル」と「教材」を開発することにより,小学校の各単元における様々な理科授業に応用可能となり,小学校教員の理科授業への負担や困難さを軽減することができると考えられる。小学校教師の力量や経験にかかわらず,モデルに沿って授業を行うことが可能になるため,質の高い探究学習を保障することが可能になることも予測される。近年、科学的思考力・表現力を高めることが重視され、有効な方法として探究学習が注目されているが、小学校段階ではほとんど行われていない。そこで研究の第一段階として、小学校における自律型探究学習を成立させる学習条件と教材条件の解明を行うため、文献調査を行い、小学校、中学校及び高等学校の、先行研究や実地調査から、理科探究学習実践を分析し、小学校段階における探究学習を成立させる授業と教材の条件の解明を行った。特に、自然体験を行う中での問題発見や、問題解決方法を考えるためのプロセススキル、進んで問題解決を行うための授業展開と教材条件について調査を行った。文献調査に加え、大学付属小学校をはじめとして、京都府下の小学校や、京都市内の小学校、愛知県、大阪府、大阪市などの小学校と連携し、研究協議や授業実践を行うことで、事例検討と情報収集を行った。また、自律型探究学習モデルと、自律型探究学習に適した教材の開発のため、指導法の研究を進め、自律学習や協同学習などの様々な学習理論を参考としながら、自律型の探究学習を成立させるための学習条件を、文献や実地調査をもとに分析するとともに、探究を進めるための学習者の態度や基礎能力も検討した。新時代に対応する「新しい授業モデル」の開発を行うため、「教材開発」や「授業づくりの方法」、「授業技術」の三つについて、子どもが進んで学ぶための条件を明らかにし、「探究型」と「活用型」の理科授業に関する実践と研究を行った。3年理科「磁石のはたらき」や、4年理科「物の温まり方」、6年理科「てこの働き」などの単元において、研究のための公開授業を実施し、その後の研究協議で子どもが自発的に探究を始めるための授業環境の条件や、授業づくりの条件について研究を深めることができた。これらの予備調査や事例収集により、科学的な思考力・表現力の高まりを検証するための指標を作成した。理科における探究学習は,主に中学校と高等学校で行われており,基礎基本の習得に力を注ぐ小学校段階ではほとんど行われておらず,小学生が主体となって行う「自律型」の探究学習に関する知見は皆無である。本研究を行う意義として,小学校における質の高い理科探究学習の保障と,科学的思考力・表現力の向上,中学校以降の理科探究学習への連結と推進がある。研究の第二段階として,「小学校における自律型探究学習の実践と結果分析」を行いつつ,「自律型探究学習に適した教材の開発」を行い,教材の改良を図った。研究の第一段階で行ってきた「小学校における自律型探究学習を成立させる学習条件と教材条件の解明」と「自律型探究学習モデルと,自律型探究学習に適した教材の開発」をもとにして,自律型探究学習モデルと教材を活用し,複数の小学校現場において実際の授業の中で効果を確かめてきた。特に,科学的な思考力や表現力の向上について,パフォーマンス評価を中心に解析を行い,従来の実践と比べての効果を検証した。研究を進めていく過程で,思考力・判断力・表現力等の中で,特に活用の力や,探究を進める力の向上を図ることや,主体的な問題解決や能動的な学習を促すことが重要であることが明らかとなり,第一段階で作成したモデルや教材に改良を加え,自分で疑問を見つけるための工夫や,問題解決を行うための工夫を取り入れることを試みた。特に教材に関しては,児童自身が発見した問題を自由に確かめることができるものを用意するという工夫を取り入れるようにした。また,自律型探究学習モデルの探究過程の中で,習得と活用と探究をつなぐような教師の働きかけを取り入れ,児童が無理なく探究できるようにした。「小学校における自律型探究学習の実践と結果分析」を行い,また,実践を通す中で必要に応じて,「自律型探究学習に適した教材の開発」を行い,教材の改良を図ることができた。平成26年度中に開発した自律型探究学習モデルを,平成27年度の早期から,複数の単元において研究協力小学校で授業実践し,子どもの変容を調査することができた。実践の結果をもとにして,科学的な思考力や表現力の向上について,思考力や表現力を測定するための指標をもとにしたパフォーマンス評価を中心に解析を行い,従来の実践と比べての学習モデルの効果を検証した。実践結果から,自律型探究学習モデルを,より現場の授業に適した形に改善し,自分で疑問を見つけるための工夫や,問題解決を行うための工夫を取り入れるようにした。3年理科「磁石のはたらき」や4年理科「物の温まり方」,5年理科「電流の働き」などの単元で実践やモデルの構想を現場の理科主任と協同で行い,特に活用の力や,探究を進める力の向上を図ることや,主体的な問題解決や能動的な学習を促すことが重要であることが明らかとなったため,来年度のさらなる実践に向けて,単元全体における探究学習の構想を行うことができた。また,学年の発達段階や学習方法の習得程度も加味したモデルにするため,教師の働きかけを取り入れたモデルの構想を図ることができた。

最終年度に実施した研究の成果としては,研究項目のうち「小学校における実践の評価と自律型探究学習モデルの構築」を行うことができた。平成27年度中に実施した,自律型探究学習モデルの実践データをもとに,学習モデルと教材の効果について,最終的な検証・評価を行い,学習モデルの修正を図った。その上で,小学校における実践の最終分析と総合考察を行い,最終的な学習モデルを構築した。また,自律型探究学習モデルに取り入れる教材について,改良すべき点を検討しながら,開発した教材を改善するとともに,新しい教材の開発を行った。研究期間全体を通じて実施した研究の成果として,小学校段階における「自律型探究学習モデル」と「教材」が,追試可能な形で開発されたと考えている。特定の単元ではあるが,「探究学習モデル」と「教材」を開発することにより,小学校の各単元における様々な理科授業に応用可能となり,小学校教員の理科授業への負担や困難さを軽減することができると考えられる。小学校教師の力量や経験にかかわらず,モデルに沿って授業を行うことが可能になるため,質の高い探究学習を保障することが可能になることも予測される。また,従来の探究活動では,部分的な探究にとどまったり経験主義の活動に陥ったりする課題があり,自律的な探究活動が保障されない面があった。自律的な探究活動を保障するためには,従来の探究学習の良さを取り入れながらも,子どもに身につけさせたい科学的な思考力や表現力に焦点を当て,自律学習を成立させるための新しい授業理論や協同学習などの学習理論を取り入れていく必要があった。本研究により,子どもに身につけたい科学的な能力を明らかにすることができた。そして,小学校段階において,子どもに身につけさせたい科学的な能力を視点とし,新しい授業・学習理論を取り入れた,自律型探究学習モデル・教材の開発を行うことができた。本研究により,小学校段階において,科学的な思考力や表現力を育成するための,自律型探究学習モデル・教材の開発を行うことができた。小学校における自律型探究学習を成立させる学習条件と教材条件の解明を行うため、文献調査を終え、学習条件と教材条件を明らかにするとともに、自律型探究学習モデルと、自律型探究学習に適した教材の開発も終えることができた。自律型探究学習モデルは、ある典型的な単元を題材として作成を行い、発展的な課題を教師が提示する形のモデルに留まらず、単元全体を通して学習者の問題意識を高めながら探究を進めていく形のモデルの開発まで行うことができた。教材は複数の単元、複数の学年にまたがって作成しつつ、さらに他の単元でも使用可能な教材を開発する予定にしており、そのための先行研究の情報収集を行うことができた。教材開発に加えて、来年度に予定されている「小学校における自律型探究学習の実践と結果分析」に関して、小学校現場との研究授業のために、複数の小学校との連携体制を組むことができ、3年理科「磁石のはたらき」や、4年理科「物の温まり方」、6年理科
地方広域都市圏での緑地整備とコンパクトシティ誘導施策の導入を考慮した都市密度評価

緑地整備とコンパクトシティ誘導施策の導入を考慮し,わが国の地方広域都市圏において,GISとリモートセンシング技術を併用することにより,詳細な空間スケールで都市密度評価を行うことを目的とした.各地方広域都市圏内の都市密度を詳細な空間スケールで把握し,主に中心部の都市密度が高い地域では緑地整備方策に加えて都市環境保全対策等,郊外部の都市密度が低い地域では都市の郊外化・スプロール化抑制などのコンパクトシティ誘導施策等の都市・地域計画制度上の導入可能な改善策を地区単位で具体的に提言した.段階1.研究の構成及び手順の確立:まず本研究の計画調書の内容を基に,研究の構成及び研究手順を確立した.段階2.予備調査:(1)国内外の既往研究や行政資料・調査報告書等を収集して,文献調査を行った.(2)(1)の成果を基に5ヶ所の地方広域都市圏でフィールドワーク調査,行政関連部局へのヒアリング調査を行い,都市・地域計画,緑地整備計画等に関する参考資料・データを収集した.(3)さらに主に英国の研究者と意見交換により,都市・地域計画における緑地整備やコンパクトシティ誘導施策の実践事例の蓄積が豊富な英国の地方広域都市圏のうちから先進事例を選定し,フィールドワーク調査,行政関連部局へのヒアリング調査を行い,参考資料を収集した.段階3.評価の枠組み及び評価方法の開発:(1)研究代表者のこれまでの土地利用及び緑地評価についての研究成果を基盤とし,都市密度評価の枠組みを構築した.(2)(1)を基盤としてGISとリモートセンシング技術を中心とした情報システムを利用して,本研究独自の評価方法を開発し,これまでに作成した既存の電子地図データを利用して評価方法の妥当性を検討した.この段階で問題点が生じた場合には,評価方法を十分に改善した.段階4.(1)本研究の解析評価に必要な衛星画像地図データを新たに収集し,GISとリモートセンシング技術によりこれらを本研究で利用可能な電子地図データの形態に加工して,段階2の予備調査結果や収集したデータを付加・統合化することにより,電子地図データベースの充実を図った.(2)(1)で整備したデータベースを基に,各広域都市圏において予備的な解析を行う.具体的には,各地方広域都市圏の中心部からの距離帯ごとに,特に着目する緑地量だけではなく,昼夜間人口密度や土地利用・空間利用に関する他の都市密度指標の遷移状況等の解析を行った.段階5.GISとリモートセンシング技術を利用した都市密度評価前年度の研究成果を基に,以下の3段階に分けて各地方広域圏都市圏における評価を行った.(1)全域における土地利用・空間利用の現状,緑地の分布について把握した.(2)昼夜間人口密度,市街地等の面積割合,建物密度,建蔽率・容積率などを都市密度評価指標とし,中心部からの距離帯ごとに,100mメッシュ単位などの地区単位の詳細な空間スケールで都市密度を解析した.特に郊外部では,他の緑被地分布との近接性を考慮した解析を行った. (3)(1)と(2)の解析結果を基に都市密度評価を行い,評価結果を中心部からの距離帯ごとに整理した.なおこの段階は本研究の最も重要な部分であるため,当初計画どおりに研究を遂行することが困難な場合には,段階6以降の研究計画は平成28年度に実施する予定であった.このような状況が万が一でも起こりうる可能性を想定し,平成26年度後半27年度は余裕を持たせて研究計画を立案していたが,実際には当初の計画どおりに研究が進行していた.段階6.評価結果の分析・考察(1)前段階の各地方広域都市圏における評価結果を比較・検討した上で,各地方広域都市圏内の行政関連部局へのヒアリング調査,参考資料の収集をそれぞれ行って補足・確認し,各地方広域都市圏間で差異が生じる原因(地域特性や規模など)についても分析・考察した.(2)また本研究の評価結果と研究代表者のこれまでの研究成果を踏まえて,わが国及び諸外国の大都市圏や地方広域都市圏と,都市密度及び緑地の充足度に関して比較し,本研究の各研究対象地域(5ヶ所の地方広域都市圏)における評価結果の特性をそれぞれ把握した.本研究では研究期間(平成2628年度)内の研究計画を10段階のプロセスに分けて立案した.平成27年度には,以上の段階のうち,予定どおりに6段階目まで到達することができた.具体的には,以下の2点を行ったため,おおむね順調に進展していると評価する.(1)GIS等を利用して都市密度評価を行った.(2)評価結果の分析・考察を行うとともに,評価結果とこれまでの研究成果を基に,国内外の大都市圏や地方広域都市圏との比較を行うことにより,研究対象地域の都市密度分布の特性を把握した.研究代表者のこれまでの研究成果を基盤とし,緑地整備とコンパクトシティ誘導施策の導入を考慮し,わが国の地方広域都市圏において,GISとリモートセンシング技術を併用することにより,詳細な空間スケールで都市密度評価を行うことを目的とした.まず平成26年度には,(1)本研究の研究調書の内容を基に,研究の構成と手順を確立した上で予備調査を行った.(2)研究代表者のこれまでの研究成果を基盤として,評価の枠組み及び評価方法を開発するとともに,(3)解析評価で利用する電子地図データベースを構築した.平成27年度には,(1)GIS等を利用して都市密度評価を行い,(2)評価結果の分析・考察を行うとともに,評価結果とこれまでの研究成果を基に,国内外の大都市圏や地方広域都市圏との比較を行うことにより,研究対象地域の都市密度分布の特性を把握した.

具体的には昼夜間人口密度,市街地等の面積割合,建物密度,建蔽率・容積率などを都市密度評価指標として,緑地量との関連性に着目して詳細な空間スケールで解析し,特に郊外部では農地や森林等の他の緑被地分布との近接性も考慮して,中心部からの距離帯ごとに都市密度評価を行った.平成28年度には,(1)評価結果を総括した上で,研究代表者のこれまでの調査結果と本研究成果等を踏まえて改善策を提言し,(2)研究成果を取りまとめて国内外の学会での研究発表,研究論文の投稿を行い,今後の研究課題を抽出した.GISとリモートセンシング技術により,各地方広域都市圏内の都市密度を詳細な空間スケールで把握し,これまでの国内外での調査結果と研究成果等を基に,主に中心部の都市密度が高い地域では緑地整備方策に加えて都市環境保全対策等,郊外部の都市密度が低い地域では都市の郊外化・スプロール化抑制などのコンパクトシティ誘導施策等の都市・地域計画制度上の導入可能な改善策を地区単位で具体的に提言した.緑地整備とコンパクトシティ誘導施策の導入を考慮し,わが国の地方広域都市圏において,GISとリモートセンシング技術を併用することにより,詳細な空間スケールで都市密度評価を行うことを目的とした.各地方広域都市圏内の都市密度を詳細な空間スケールで把握し,主に中心部の都市密度が高い地域では緑地整備方策に加えて都市環境保全対策等,郊外部の都市密度が低い地域では都市の郊外化・スプロール化抑制などのコンパクトシティ誘導施策等の都市・地域計画制度上の導入可能な改善策を地区単位で具体的に提言した.本研究では研究期間(平成2628年度)内の研究計画を10段階のプロセスに分けて立案した.平成26年度には,以上の段階のうち,予定どおりに4段階目まで到達することができた.具体的には,以下の3点を行ったため,おおむね順調に進展していると評価する.(1)本研究の研究調書の内容を基に,研究の構成と手順を確立した上で予備調査を行った.(2)研究代表者のこれまでの研究成果を基盤として,評価の枠組み及び評価方法を開発した.(3)解析評価で利用する電子地図データベースを構築した.平成28年度には,10段階のうち残りの4段階の研究を遂行する予定である.具体的には,以下の4段階となる.段階7.評価結果の総括と改善策の提言:前年度の評価結果を総括した上で,研究代表者のこれまでの調査結果と本研究成果等を踏まえて改善策を提言する.段階8.研究成果のまとめ:全体の研究成果について見直した上で整理し,研究成果を取りまとめた冊子を作成する.段階9.研究成果の発表:一連の研究成果を基に,国内外の学会での研究発表,研究論文の投稿を行う.段階10.今後の研究課題の抽出:国内外の学会での研究発表,研究論文の投稿を行った結果から,他の研究者の意見やアドバイス,コメントを積極的に取り入れ,今後の研究課題を明らかにする.また一連の研究成果に関する問題点が抽出できるならば改善し,次のステップにおける新規の研究構想に活かす.環境科学平成27年度、平成28年度には,10段階のうち残りの6段階の研究を遂行する予定である.平成27年度:(1)GIS等を利用して都市密度評価を行い,(2)評価結果の分析・考察を行うとともに,評価結果とこれまでの研究成果を基に,国内外の大都市圏や地方広域都市圏との比較を行うことにより,研究対象地域の都市密度分布の特性を把握する.平成28年度:
宇宙検閲官仮説を巡る幾何解析

幾何解析における1G.Perelmanによるポアンカレ予想の解決2H.Brayによるペンローズ不等式の証明という2つの全く新しい進展を萌芽的出発点として、ペンローズ不等式とよばれるリーマン幾何学的な文脈を持つ不等式の一般化に成功した。また研究分担者中村はアインシュタイン方程式と密接に関連する非線形双曲型偏微分方程式に関する研究を進めた。研究代表者は、平成24、25年度に国際研究集会を企画、また国外での研究集会等の情報交換の場を確保することで、現在の共同研究者であるGilbert WeinsteinとMarcus Khuriとの研究が大きく進んだことが、本研究課題の主な実績に直結した。平成24年度の研究活動では、研究代表者が問題提起した宇宙検閲官仮説と整合性のある漸近的普遍量の間に成立するペンローズ型不等式を得た。具体的にはMarcus KhuriとGilbert Weinsteinの2共同研究者との恊働を介して、アインシュタイン方程式の厳密解であるReissner-Nordstrom解が、与えられた事象の地平線の大きさと与えられた総電荷および総磁荷を持つ漸近的平坦かつスカラー曲率が非負な3次元多様体の中で最小のADM質量を持つという命題を示した。これはReissner-Nordstrom解の変分的な特徴付けとして、宇宙検閲官仮説の必然性を指示する微分幾何学的な状況証拠である。また一方で、得られた結果を基にすることで、総電荷および総磁荷が事象の地平線(ブラックホール)に較べて十分大きい時は、Majumdar-Papapetrou解と呼ばれるもう一つの厳密解との関わりが予想され、漸近的普遍量を独立変数として持つ関数が、アインシュタイン方程式の時間発展と関連するモース関数としての可能性が新たに示唆されることになり、本研究課題に新たな方向性を与えた。現在以上の結果を論文としてまとめており、平成25年度中に学会誌に発表する。この結果は、事象の地平線の位相的な情報(極小球面の集まりである地平線の断面の連結成分の数)と幾何学的な情報(地平線の断面の面積および総電磁荷の大きさ)の連動を定量的に示したという点で、アインシュタイン方程式に起因する幾何解析の分野において、これまでにない新しい視点を提供することになる。研究代表者はリーマン計量の時間発展解としてアインシュタイン方程式の解であるローレンツ計量をコーシー問題の解として構成した。この構成自体は、LerayとChoquet-Bruhatによって確立された準線形双曲型方程式系のコーシー問題の可解性から従うものであるが、この時間的局所解を、漸近平坦性をもち、スカラー曲率が正であるリーマン計量全体からなるモジュライ空間内の時間を助変数とする軌跡として捉えたときに、その軌跡がモジュライ空間のある領域内に含まれることを示した。ここでリーマン計量のモジュライ空間は、コーシー問題の初期値のモジュライ空間として同一視され、それらの初期値と同じ漸近普遍量の値を持つアインシュタイン方程式の既知の厳密解との比較を通じて、ペンローズ不等式とよばれる幾何学的な文脈を持つ不等式の一般化に成功した。この結果はGilbert WeinsteinとMarcus Khuriとの共同研究として、現在論文を執筆中である。また研究分担者中村は、今年度ド・シッター空間におけるコーシー問題を含めたアインシュタイン方程式に密接に関連する非線形双曲型偏微分方程式の研究を進めた。具体的内容:ペンローズ型不等式の解析において、ADM質量Mと呼ばれるアインシュタイン方程式の漸近普遍量と4次元空間内の総電荷Qおよび事象の地平線/ブラックホールの表面積の間に成り立つ関係について、共同研究者であるGilbert Weinstein氏とともに新たな知見を得た。Weinstein氏と研究代表者山田は2005年にペンローズ型不等式の一つの候補である不等式にアインシュタイン方程式の厳密解であるMajumdar-Papapetrou解を用いて反例を構成した。この反例の物理的な意味を精査した結果、アインシュタイン方程式のモジュライ空間にM >|Q|という制限をつけることで成り立っているはずのペンローズ型不等式の形に新たな候補が定まった。この新しい不等式を証明することを目標に次年度以降の研究計画の方向性を定める。意義および重要性:アインシュタイン方程式のハミルトン形式においては3次元リーマン多様体の時間発展をいう形でアインシュタイン計量を持つローレンツ多様体を構成する。時間一定面としての3次元多様体の漸近平坦性のもとで定義されるハミルトン汎関数の幾何学的理解の推進、とくに事象の地変線/ブラックホールの特徴付けは宇宙検閲官仮説の数学的に厳密な定式化を目指す上で不可欠な問題意識である。特にブラックホールのトポロジーがペンローズ型不等式にいかに反映されているかを見極めることは目下の課題として必然性が高いものであり、本年度得た成果は、正しい方向性を示していると期待できる。

本課題のキーワードである宇宙検閲官仮説に関する微分幾何学的な観察を、アインシュタイン方程式のコーシー初期値問題という観点から進めるというプログラムの推進が部分的に成功した。これまでは質量と電荷および磁荷という漸近普遍量に関する考察を進めているが、その結果、アインシュタイン方程式の解の時間漸近的な挙動の位相的な情報が、コーシー初期条件の幾何学/物理的な情報によって決定されることが予想できるようになったことは、本研究課題の更なる推進を計画する上で大きな励みとなっている。新たな知見としてM>|Q|という物理的条件の幾何学的解釈を本年度に得たことで、具体的な研究の方向性が定まったので、現時点ではその方向性に沿った技術的な障害を解消していくための道具立てを進める段階に達している。事象の地平線の面積とADM質量の間に成り立つペンローズ型の不等式でHubert Brayによって証明されているものは、いわゆる時間的対称性を持つもの、つまりコーシー初期条件である3次元リーマン多様体がアインシュタイン計量をもつローレンツ多様体内の全測地的な部分多様体である状況に限られている。今年度に新たに得られた結果をもって、Brayの正質量定理を用いたペンローズ型不等式の証明の再解釈を試みることで、全測地線的という条件を緩め、不等式が成立する状況を、物理的により自然なものに近づけることを試みる。宇宙検閲官定理を巡ってのアインシュタイン方程式の解の特徴付けを、厳密解である静的解および定常解の微分幾何学的な理解を介して試みる。具体的には3次元リーマン多様体上の共形幾何学の手法を用いてのアプローチに重きをおいて、今後の研究計画を遂行していく。次年度使用額は、今年度研究を効率的に推進したことに伴ない発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。次年度使用額は今年度の海外研究者の招聘予定を延期したことで発生した未使用額であり、平成24年度請求額とあわせ、次年度に以下で計画している研究の遂行に使用する予定である。1)京都大学数理科学研究所における研究集会での海外研究者2名の招聘費用援助2)研究代表者山田のオーストラリア、モナッシュ大学における研究打ち合わせ3)京都大学での研究打ち合わせを計画する。