On the Geometry of Infinite-Dimensional Grassmannian Manifolds and Gauge Theory

This PhD Thesis is about certain infinite-dimensional Grassmannian manifolds that arise naturally in geometry, representation theory and mathematical physics. From the physics point of view one encounters these infinite-dimensional manifolds when trying to understand the second quantization of fermions. The many particle Hilbert space of the second quantized fermions is called the fermionic Fock space. A typical element of the fermionic Fock space can be thought to be a linear combination of the configurations m particles and n anti-particles . Geometrically the fermionic Fock space can be constructed as holomorphic sections of a certain (dual)determinant line bundle lying over the so called restricted Grassmannian manifold, which is a typical example of an infinite-dimensional Grassmannian manifold one encounters in QFT. The construction should be compared with its well-known finite-dimensional analogue, where one realizes an exterior power of a finite-dimensional vector space as the space of holomorphic sections of a determinant line bundle lying over a finite-dimensional Grassmannian manifold. The connection with infinite-dimensional representation theory stems from the fact that the restricted Grassmannian manifold is an infinite-dimensional homogeneous (Kähler) manifold, i.e. it is of the form G/H where G is a certain infinite-dimensional Lie group and H its subgroup. A central extension of G acts on the total space of the dual determinant line bundle and also on the space its holomorphic sections; thus G admits a (projective) representation on the fermionic Fock space. This construction also induces the so called basic representation for loop groups (of compact groups), which in turn are vitally important in string theory / conformal field theory. The Thesis consists of three chapters: the first chapter is an introduction to the backround material and the other two chapters are individually written research articles. The first article deals in a new way with the well-known question in Yang-Mills theory, when can one lift the action of the gauge transformation group on the space of connection one forms to the total space of the Fock bundle in a compatible way with the second quantized Dirac operator. In general there is an obstruction to this (called the Mickelsson-Faddeev anomaly) and various geometric interpretations for this anomaly, using such things as group extensions and bundle gerbes, have been given earlier. In this work we give a new geometric interpretation for the Faddeev-Mickelsson anomaly in terms of differentiable gerbes (certain sheaves of categories) and central extensions of Lie groupoids. The second research article deals with the question how to define a Dirac-like operator on the restricted Grassmannian manifold, which is an infinite-dimensional space and hence not in the landscape of standard Dirac operator theory. The construction relies heavily on infinite-dimensional representation theory and one of the most technically demanding challenges is to be able to introduce proper normal orderings for certain infinite sums of operators in such a way that all divergences will disappear and the infinite sum will make sense as a well-defined operator acting on a suitable Hilbert space of spinors. This research article was motivated by a more extensive ongoing project to construct twisted K-theory classes in Yang-Mills theory via a Dirac-like operator on the restricted Grassmannian manifold.

Political transition and structural politicisation : The long shadow of Taiwan's one-party legacy

Väitöskirjatutkimuksessa tarkastellaan Taiwanin politiikkaa ensimmäisen vaalien kautta tapahtuneen vallanvaihdon jälkeen (2000) yhteiskunnan rakenteellisen politisoitumisen näkökulmasta. Koska Taiwanilla siirryttiin verettömästi autoritaarisesta yksipuoluejärjestelmästä monipuoluejärjestelmään sitä on pidetty poliittisen muodonmuutoksen mallioppilaana. Aiempi optimismi Taiwanin demokratisoitumisen suhteen on sittemmin vaihtunut pessimismiin, pitkälti yhteiskunnan voimakkaasta politisoitumisesta johtuen. Tutkimuksessa haetaan selitystä tälle politisoitumiselle. Yhteiskunnan rakenteellisella politisoitumisella tarkoitetaan tilannetta, jossa ”poliittisen” alue kasvaa varsinaisia poliittisia instituutioita laajemmaksi. Rakenteellinen politisoituminen muuttuu helposti yhteiskunnalliseksi ongelmaksi, koska siitä usein seuraa normaalin poliittisen toiminnan (esim. lainsäädännän) jähmettyminen, yhteiskunnan jyrkkä jakautuminen, alhainen kynnys poliittisille konflikteille ja yleisen yhteiskunnallisen luottamuksen alentuminen. Toisin kuin esimerkiksi Itä-Euroopassa, Taiwanissa entinen valtapuolue ei romahtanut poliittisen avautumisen myötä vaan säilytti vahvan rakenteellisen asemansa. Kun valta vaihtui ensimmäisen kerran vaalien kautta, vanha valtapuolue ei ollut valmis luovuttamaan poliittisen järjestelmän ohjaksia käsistään. Alkoi vuosia kestänyt taistelu järjestelmän hallinnasta vanhan ja uuden valtapuolueen välillä, jossa yhteiskunta politisoitui voimakkaasti. Tutkimuksessa Taiwanin yhteiskunnan politisoituminen selitetään useiden rakenteellisten piirteiden yhteisvaikutuksen tuloksena. Tällaisia politisoitumista edistäviä rakentellisia piirteitä ovat hidas poliittinen muutos, joka säilytti vanhat poliittiset jakolinjat ja niihin liittyvät vahvat edut ja intressit; sopimaton perustuslaki; Taiwanin epäselvä kansainvälinen asema ja jakautunut identiteetti; sekä sosiaalinen rakenne, joka helpottaa ihmisten nopeaa mobilisointia poliittiisiin mielenilmauksiin. Tutkimuksessa kiinnitetään huomiota toistaiseksi vähän tutkittuun poliittiseen ilmiöön, joidenkin demokratisoituvien yhteiskuntien voimakkaaseen rakenteelliseen politisoitumiseen. Tutkimuksen pääasiallinen havainto on, että yksipuoluejärjestelmän demokratisoituminen kantaa sisällään rakenteellisen politisoitumisen siemenen, jos entinen valtapuolue ei romahda demokratisoitumisen myötä.

From ‘Afflicted’ to Activists: Structural Violence and Climate Change Discourse in the States of Pernambuco and Paraíba in Northeast Brazil

This study approaches the problem of poverty in the hinterlands of Northeast Brazil through the concept of structural violence, linking the environmental threats posed by climate change, especially those related to droughts, to the broader social struggles in the region. When discussions about potentials and rights are incorporated into the problematic of poverty, a deeper insight is obtained regarding the various factors behind the phenomenon. It is generally believed that climate change is affecting the already marginalized and poor more than those of higher social standing, and will increasingly do so in the future. The data for this study was collected during a three month field work in the states of Pernambuco and Paraíba in Northeast Brazil. The main methods used were semi-structured interviews and participant observation, including attending seminars concerning climate change on the field. The focus of the work is to compare both layman and expert perceptions on what climate change is about, and question the assumptions about its effects in the future, mainly that of increased numbers of ‘climate refugees’ or people forced to migrate due to changes in climate. The focus on droughts, as opposed to other manifestations of climate change, arises from the fact that droughts are not only phenomena that develop over a longer time span than floods or hurricanes, but is also due to the historical persistence of droughts in the region, and both the institutional and cultural linkages that have evolved around it. The instances of structural violence that are highlighted in this study; the drought industry, land use, and the social and power relations present in the region, including those between the civil society, the state and the private agribusiness sector, all work against a backdrop of symbolic and moral realms of value production, where relations between the different actors are being negotiated anew with the rise of the climate change discourse. The main theoretical framework of the study consists of Johan Galtung’s and Paul Farmer’s theory of structural violence, Ulrich Beck’s theory of the risk society, and James Scott’s theory of everyday peasant resistance.

Makt, konst, elit - konstfältets positioner, relationer och resurser i 1940- och 1950-talens Helsingfors

The dissertation examines the power mechanisms and institutional power hierarchies of the 1940s-1950s era arts elite in Helsinki and their influence on issues of taste in the visual arts. For the purposes of this study, the elite is understood to consist mainly of the board members of the principal elected bodies in the field of the arts. The theoretical framework employed is based on Pierre Bourdieu s field theory and the network perspective. The author has examined what the key, pervasive valuations were that governed the exercising of power by the arts elite in issues of taste, involving determination of who was an acknowledged artist and what was good art. The dissertation demonstrates that this exercising of power was governed by certain collective practices which maintained the illusion that the exercising of power was democratic and based on artistic quality. These practices were the corporate system, using artistic arguments in issues of taste, and using networks in the exercising of power. The struggle in the field of the arts was about who ultimately was entitled to define the value of contemporary art; the issue did not arise regarding historical art. Artists managed to gain a leading position as gatekeepers in issues regarding contemporary art. The author discusses a number of conflicts in the field of the arts that highlight the institutional hierarchies and the capital held by the various players. The structural changes that occurred in administration in the field of cultural production in the 1950s led to the separation of bureaucratic competence on the one hand and aesthetic competence on the other. There was a hierarchy in the field of the arts between institutions, between instruments of legitimisation, and between the symbolic and social capital of players in the field. The hierarchy in the arts ultimately depended on how well the elite could influence tastes through the instruments at their disposal. The various instruments of legitimisation grants, purchases, etc. were ranked differently in the evaluation of acknowledged artists and good art. The dissertation discusses what values, in the form of types of symbolic capital, the arts elite embraced and what role these played in the elite s exercising of power, with particular focus on gender, language, region and economic capital. The aesthetic capital of an artist was of only minor importance in the exercising of power by the arts elite. The dissertation further discusses the points of contact between the arts elite and players in other fields, such as the economic, media and consumer fields. When the arts elite, through the Academy of Fine Arts, became an active player in the art market, this led to a hierarchy where the division between acknowledged and not-acknowledged galleries became sharper.

Visuaalis-spatiaalisten työmuistivalmiuksien yhteys (esi)matemaattisiin taitoihin ja merkitys osana matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten kognitiivista profiilia

Tämän itsenäisistä osatutkimuksista koostuvan tutkimussarjan tavoitteena oli pyrkiä täydentämään kuvaa matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten tiedonkäsittelyvalmiuksista selvittämällä, ovatko visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen. Teoreettinen viitekehys rakentui Baddeleyn (1986, 1997) kolmikomponenttimallin ympärille. Työmuistikäsitys oli kuitenkin esikuvaansa laajempi sisällyttäen visuaalis-spatiaaliseen työmuistiin Cornoldin ja Vecchin (2003) termein sekä passiiviset varastotoiminnot että aktiiviset prosessointitoiminnot. Yhteyksiä työmuistin ja matemaattisten taitojen välillä tarkasteltiin viiden eri osatutkimuksen avulla. Kaksi ensimmäistä keskittyivät alle kouluikäisten lukukäsitteen hallinnan ja visuaalis-spatiaalisten työmuistivalmiuksen tutkimiseen ja kolme jälkimmäistä peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten matemaattisten taitojen ja visuaalis-spatiaalisten työmuistitaitojen välisten yhteyksien selvittämiseen. Tutkimussarjan avulla pyrittiin selvittämään, ovatko visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen sekä esi- että yläkouluiässä (osatutkimukset I, II, III, IV, V), onko yhteys spesifi rajoittuen tiettyjen visuaalis-spatiaalisten valmiuksien ja matemaattisen suoriutumisen välille vai onko se yleinen koskien matemaattisia taitoja ja koko visuaalis-spatiaalista työmuistia (osatutkimukset I, II, III, IV, V) tai työmuistia laajemmin (osatutkimukset II, III) sekä onko yhteys työmuistispesifi vai selitettävissä älykkyyden kaltaisella yleisellä päättelykapasiteetilla (osatutkimukset I, II, IV). Tutkimussarjan tulokset osoittavat, että kyky säilyttää ja käsitellä hetkellisesti visuaalis-spatiaalista informaatiota on yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen eikä yhteyttä voida selittää yksinomaan joustavalla älykkyydellä. Suoriutuminen visuaalis-spatiaalista työmuistia mittaavissa tehtävissä on yhteydessä sekä alle kouluikäisten esimatemaattisten taitojen hallintaan että peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten matematiikan taitoihin. Matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten visuaalis-spatiaalisten työmuistiresurssien heikkoudet vaikuttavat kuitenkin olevan sangen spesifejä rajoittuen tietyntyyppisissä muistitehtävissä vaadittaviin valmiuksiin; kaikissa visuaalis-spatiaalisen työmuistin valmiuksia mittaavissa tehtävissä suoriutuminen ei ole yhteydessä matemaattisiin taitoihin. Työmuistivalmiuksissa ilmenevät erot sekä alle kouluikäisten että kouluikäisten matemaattisilta taidoiltaan heikkojen ja normaalisuoriutujien välillä näyttävät olevan kuitenkin jossain määrin yhteydessä kielellisiin taitoihin viitaten vaikeuksien tietynlaiseen kasautumiseen; niillä matemaattisesti heikoilla, joilla on myös kielellisiä vaikeuksia, on keskimäärin laajemmat työmuistiheikkoudet. Osalla matematiikassa heikosti suoriutuvista on näin ollen selvästi keskimääräistä heikommat visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet, ja tämä heikkous saattaa olla yksi mahdollinen syy tai vaikeuksia lisäävä tekijä heikon matemaattisen suoriutumisen taustalla. Visuaalis-spatiaalisen työmuistin heikkous merkitsee konkreettisesti vähemmän mentaalista prosessointitilaa, joka rajoittaa oppimista ja suoritustilanteita. Tiedonkäsittelyvalmiuksien heikkous liittyy nimenomaan oppimisnopeuteen, ei asioiden opittavuuteen sinänsä. Mikäli oppimisympäristö ottaa huomioon valmiuksien rajallisuuden, työmuistiheikkoudet eivät todennäköisesti estä asioiden oppimista sinänsä. Avainsanat: Työmuisti, visuaalis-spatiaalinen työmuisti, matemaattiset taidot, lukukäsite, matematiikan oppimisvaikeudet

Ikääntyminen maalaiskylässä

Aging in a country village This dissertation examines what kind of environment of aging a small country village is, who elderly villagers are and what kind of everyday life they have. The qualitative material gathered through ethnographic field work at a village situated in Southern Finland consists of a field work diary and 34 interviews of elderly villagers. The dissertation is based on social gerontology and village research. The key concepts are: the environment of aging; locality and local identity; and way of life. The village is examined as a social and physical environment of aging. Difficulties regarding mobility are the biggest challenges for elderly villagers in their everyday life. The social environment of aging is constructed by historical, cultural and local factors. The village community is formed by many small sub-communities. An elderly villager s status in a village community and her/his social competence affect the formation of her/his social network and the quality of her/his environment of aging. The dissertation examines the local identities of older villagers and their relationships to the village. The local identities can be based on the village, memories or on many places, or a place and places may not be of great importance for a person s identity. The local identity of an older villager affects her/his experiences of living in the village and her/his future plans to move away from the village. The everyday life of an older villager is constructed by rhythms, routines and repetitions. However, there are differences between how everyday lives are arranged among elderly villagers, which are explained by the concept of a way of life. Four ways of life were found. Nature and its importance are a background to all four ways of life. A traditional way of life is based on continuity and hard work, a family-oriented way of life on family members and relatives. A mobile way of life is characterized by symbolic and concrete mobility. An original way of life is marked by independent loneliness . In practice, a person s way of life is always constructed by two or many ways of life.

Lapset, media ja symbolinen vuorovaikutus : Suomalaisten, englantilaisten ja saksalaisten lasten mediasuhteen tarkastelua

Tämän hetken mediaympäristölle on ominaista intensiivisyys ja jatkuva läsnäolo. Medialla on merkittävä rooli myös pienten lasten jokapäiväisessä elämässä, sillä he aloittavat median säännöllisen seuraamisen keskimäärin kolmen vuoden iässä. Mediasisällöt, mediavälineet ja mediaan liittyvät sosiaaliset suhteet muodostavatkin lapsille mediaympäristön, jossa lapset rakentavat identiteettejään, oppivat sosiaalista kanssakäymistä ja kehittävät näkemyksiään yhteiskunnasta ja kulttuurista. Tutkimuksessa on selvitetty 4-6-vuotiaitten suomalaisten, englantilaisten ja saksalaisten lasten audiovisuaalisen median tulkintaa ja median roolia heidän elämässään. Tutkimuksen tavoitteena on ollut syventää tutkimuksellista tietoa median sosiaalisesta ja kulttuurisesta merkityksestä pienten lasten elämässä ja sitä, miten he tulkitsevat mediasisältöä. Tutkimuksessa lasten mediasuhdetta on tarkasteltu välineellisenä, sosiaalisena, symbolisena ja kulttuurisena tulkintaympäristönä. Edellisten lisäksi tutkimuksessa on arvioitu harvemmin viestinnän tutkimuksessa käytetyn symbolisen interaktionismin teorian tarjoamia mahdollisuuksia lasten mediasuhteen tarkasteluun. Suomessa, Englannissa ja Saksassa kootun kansainvälisen aineiston pohjalta on tarkasteltu myös vertailuryhmien välillä olevia mediaan liittyviä kulttuurisia eroja. Eri vertailumaiden melko samankaltaisesta mediaympäristöstä huolimatta tutkimus antaa viitteitä mediatulkinnoissa olevista kulttuurisista eroista. Media mahdollistaa lapsen erilaistan taitojensa kehittymistä ja voi siten muodostaa heille sosiaalisia, symbolisia ja kulttuurisia resursseja, joilla on merkitystä lapsen kehittymisen kannalta. Lapsen ja median suhde on kaksisuuntainen vuorovaikutussuhde ja mediainformaation tulkinnassa ovat mukana lapsen aiemmat tiedolliset ja sosiaaliset kokemukset. Aktiivisessa mediatulkintasuhteessaan lapsi kehittää sanavarastoaan, havainnointiaan, ajatteluaan ja tunne-elämäänsä. Median käyttö sosiaalisena tapahtumana kehittää osaltaan lapsen sosiaalisia valmiuksia. Siten esimerkiksi perheen median käyttöön liittyvät säännöt ja ohjeet ohjaavat perheen sisäistä toimintaa ja määrittävät lapsen asemaa perheessä. Median sisällöt ja niihin liittyvät erilaiset oheistuotteet toimivat osaltaan lapsen kulttuuristen koodistojen ja luokittelujen muodostajana. Tutkimus osoittaa myös symbolisen interaktionismin teorian tarjoavan varsin poikkitieteellisen tutkimuksellisen viitekehyksen lapsia ja mediaa koskevalle tutkimukselle ja mahdollistaa lasten mediasuhteen tutkimisen ja ymmärtämisen useiden, erilaisten tekijöiden suhteena.

Studies of the Human Transcriptome

Gene expression is one of the most critical factors influencing the phenotype of a cell. As a result of several technological advances, measuring gene expression levels has become one of the most common molecular biological measurements to study the behaviour of cells. The scientific community has produced enormous and constantly increasing collection of gene expression data from various human cells both from healthy and pathological conditions. However, while each of these studies is informative and enlighting in its own context and research setup, diverging methods and terminologies make it very challenging to integrate existing gene expression data to a more comprehensive view of human transcriptome function. On the other hand, bioinformatic science advances only through data integration and synthesis. The aim of this study was to develop biological and mathematical methods to overcome these challenges and to construct an integrated database of human transcriptome as well as to demonstrate its usage. Methods developed in this study can be divided in two distinct parts. First, the biological and medical annotation of the existing gene expression measurements needed to be encoded by systematic vocabularies. There was no single existing biomedical ontology or vocabulary suitable for this purpose. Thus, new annotation terminology was developed as a part of this work. Second part was to develop mathematical methods correcting the noise and systematic differences/errors in the data caused by various array generations. Additionally, there was a need to develop suitable computational methods for sample collection and archiving, unique sample identification, database structures, data retrieval and visualization. Bioinformatic methods were developed to analyze gene expression levels and putative functional associations of human genes by using the integrated gene expression data. Also a method to interpret individual gene expression profiles across all the healthy and pathological tissues of the reference database was developed. As a result of this work 9783 human gene expression samples measured by Affymetrix microarrays were integrated to form a unique human transcriptome resource GeneSapiens. This makes it possible to analyse expression levels of 17330 genes across 175 types of healthy and pathological human tissues. Application of this resource to interpret individual gene expression measurements allowed identification of tissue of origin with 92.0% accuracy among 44 healthy tissue types. Systematic analysis of transcriptional activity levels of 459 kinase genes was performed across 44 healthy and 55 pathological tissue types and a genome wide analysis of kinase gene co-expression networks was done. This analysis revealed biologically and medically interesting data on putative kinase gene functions in health and disease. Finally, we developed a method for alignment of gene expression profiles (AGEP) to perform analysis for individual patient samples to pinpoint gene- and pathway-specific changes in the test sample in relation to the reference transcriptome database. We also showed how large-scale gene expression data resources can be used to quantitatively characterize changes in the transcriptomic program of differentiating stem cells. Taken together, these studies indicate the power of systematic bioinformatic analyses to infer biological and medical insights from existing published datasets as well as to facilitate the interpretation of new molecular profiling data from individual patients.

Paradoxical reflection in quantum mechanics

This article concerns a phenomenon of elementary quantum mechanics that is quite counter-intuitive, very non-classical, and apparently not widely known: a quantum particle can get reflected at a downward potential step. In contrast, classical particles get reflected only at upward steps. The conditions for this effect are that the wave length is much greater than the width of the potential step and the kinetic energy of the particle is much smaller than the depth of the potential step. This phenomenon is suggested by non-normalizable solutions to the time-independent Schroedinger equation, and we present evidence, numerical and mathematical, that it is also indeed predicted by the time-dependent Schroedinger equation. Furthermore, this paradoxical reflection effect suggests, and we confirm mathematically, that a quantum particle can be trapped for a long time (though not forever) in a region surrounded by downward potential steps, that is, on a plateau.