Noncommutative Quantum Field Theories and UV/IR Mixing

Our present-day understanding of fundamental constituents of matter and their interactions is based on the Standard Model of particle physics, which relies on quantum gauge field theories. On the other hand, the large scale dynamical behaviour of spacetime is understood via the general theory of relativity of Einstein. The merging of these two complementary aspects of nature, quantum and gravity, is one of the greatest goals of modern fundamental physics, the achievement of which would help us understand the short-distance structure of spacetime, thus shedding light on the events in the singular states of general relativity, such as black holes and the Big Bang, where our current models of nature break down. The formulation of quantum field theories in noncommutative spacetime is an attempt to realize the idea of nonlocality at short distances, which our present understanding of these different aspects of Nature suggests, and consequently to find testable hints of the underlying quantum behaviour of spacetime. The formulation of noncommutative theories encounters various unprecedented problems, which derive from their peculiar inherent nonlocality. Arguably the most serious of these is the so-called UV/IR mixing, which makes the derivation of observable predictions especially hard by causing new tedious divergencies, to which our previous well-developed renormalization methods for quantum field theories do not apply. In the thesis I review the basic mathematical concepts of noncommutative spacetime, different formulations of quantum field theories in the context, and the theoretical understanding of UV/IR mixing. In particular, I put forward new results to be published, which show that also the theory of quantum electrodynamics in noncommutative spacetime defined via Seiberg-Witten map suffers from UV/IR mixing. Finally, I review some of the most promising ways to overcome the problem. The final solution remains a challenge for the future.

Älykkään suunnittelun teoria : Tutkimus kansanomaisen psykologian ja biologian yhteydestä kreationistiseen ajatteluun

Tutkimuksen kohteena on (uus)kreationistinen älykkään suunnittelun (Intelligent Design) teoria. Tutkimus on luonteeltaan teoreettinen ja lukeutuu kognitiivisen uskonnontutkimuksen alaan. Näkökulmana on tarkastella älykkään suunnittelun teorian mukaista ajattelua ihmisen intuitiivisena taipumuksena ymmärtää luontoa ja luonnossa esiintyviä mekanismeja. Esimerkkinä intuitiivisesta päättelystä tarkastellaan erityisesti kansanomaisen psykologian (folk psychology) ja kansanomaisen biologian (folk biology) mukaista ajattelua. Tutkimuksessa kysytään: ilmeneekö älykkään suunnittelun teoriassa mahdollisesti kansanomaisen psykologian ja biologian mukaista ajattelua? Ensimmäiseksi käsitteellistetään älykkään suunnittelun teoria ja esitellään tutkimuksen aineisto. Esille tulevat yhteydet Yhdysvaltojen uskonnolliseen ilmapiiriin, kristillisten kreationististen suuntausten jatkumoon sekä evoluutioteoriaan. Aineisto koostuu älykkään suunnittelun teoriaa kehitelleen Michael J. Behen todistajanlausunnosta Doverin oikeudenkäynnissä, jossa arvioitavana oli älykkään suunnittelun teorian mahdollinen tieteellisyys ja uskonnollisuus. Tutkimuksen teoreettisessa viitekehyksessä määritellään tarkemmin, minkälaisiin ajattelutapoihin kansanomaisella, tieteellisellä ja uskonnollisella ajattelulla tutkimuksessa viitataan. Tämän jälkeen esitellään teoreettiset työvälineet - kansanomaisen psykologia ja biologia. Teoriaosuudessa tarkennetaan myös kansanomaisen, tieteellisen ja uskonnollisen ajattelun suhdetta intuitiiviseen ja intuitionvastaiseen ajatteluun, sekä määritellään kolmas termi epäintuitiivisuus. Teoriaosuus perustuu pääasiassa kognitiivisen uskonnontutkimuksen alaan lukeutuvien tutkijoiden, kuten Scott Atranin, Pascal Boyerin, Robert N. McCauleyn ja Ilkka Pyysiäisen julkaisuihin. Tutkimuksessa tarkastellaan myös evoluutioteorian ymmärtämistä tutkineen E. Margaret Evansin tutkimuksia. Analyysissä teoreettisia huomioita havainnollistetaan aineistosta löydettyjen esimerkkien kautta. Teoriaohjaavan sisällönanalyysin kautta Behen todistajanlausunnosta nostetaan esille erityisesti kansanomaisen psykologian ja biologian mukaiset ajattelun tavat. Analyysissä tarkastellaan, mitä tutkimuslöydösten avulla voidaan selittää älykkään suunnittelun teorian edustamasta kreationistisesta ajattelusta. Tutkimustuloksena esitetään, että älykkään suunnittelun teoria mukailee monilta osin sekä kansanomaista psykologiaa että kansanomaista biologiaa. Älykkään suunnittelun teoriassa muodostetaan intuitiivinen ideakokonaisuus maailmasta/ eliökunnasta ja sen aiheuttaneesta intuitionvastaisesta toimijasta. Mahdolliset epäintuitiiviset elementit, kuten luonnonvalinta ja kristillinen teologia, ovat teoriassa olemattomat. Tutkimuksessa osoitetaan, että kreationistista ajattelua voidaan perustellusti tarkastella ihmiselle intuitiivisena taipumuksena ymmärtää luontoa.

Noncommutativity and Some of Its Present-Day Developments

This masters thesis explores some of the most recent developments in noncommutative quantum field theory. This old theme, first suggested by Heisenberg in the late 1940s, has had a renaissance during the last decade due to the firmly held belief that space-time becomes noncommutative at small distances and also due to the discovery that string theory in a background field gives rise to noncommutative field theory as an effective low energy limit. This has led to interesting attempts to create a noncommutative standard model, a noncommutative minimal supersymmetric standard model, noncommutative gravity theories etc. This thesis reviews themes and problems like those of UV/IR mixing, charge quantization, how to deal with the non-commutative symmetries, how to solve the Seiberg-Witten map, its connection to fluid mechanics and the problem of constructing general coordinate transformations to obtain a theory of noncommutative gravity. An emphasis has been put on presenting both the group theoretical results and the string theoretical ones, so that a comparison of the two can be made.

John Searlen teoria tietoisuudesta

Tutkielmassa esitellään ja arvioidaan John Searlen teoriaa tietoisuudesta. Tietoisuus (consciousness) on Searlen mukaan tärkein mielenfilosofinen käsite. Searle ei määrittele käsitettä tarkasti, vaan tyytyy esittämään sitä kuvaavia esimerkkejä ja analogioita. Tietoisuuden keskeisimmiksi ominaisuuksiksi Searlen teoriassa näyttävät muodostuvan intentionaalisuus (intentionality), subjektiivisuus (subjectivity) ja kausaalinen vaikutus käyttäytymiseen (mental causation). Näihin ominaisuuksiin liittyvät myös Searlen painavimmat tietoisuudesta esittämät argumentit. Argumenttien analysointi on tutkielman tärkein tavoite. Searlen yhteysperiaatteen (Connection Principle) mukaan intentionaalisia tiloja voi olla vain olennolla, jolla voi olla tietoisia intentionaalisia tiloja, ja jokainen alitajuinen intentionaalinen tila on ainakin potentiaalisesti tietoinen. Toisin sanoen intentionaalisuuden ja tietoisuuden välillä vallitsee välttämätön yhteys seuraavasti: on loogisesti välttämätöntä, että jokainen intentionaalinen tila voi ainakin periaattessa päästä tietoisuuteen.Tutkielmassa kuitenkin osoitetaan, että yhteysperiaateeseen on syytä suhtautua epäillen. Searlen yhteysperiaatteen puolesta esittämä argumentti näyttää nimittäin sisältävän dilemman. Jos erottelu intrinsiseen ja näennäiseen intentionaalisuuteen tulkitaan Searlen tavoin, syyllistytään sen olettamiseen, mikä pitäisi todistaa; jos taas erottelu tulkitaan toisin kuin Searle, argumentti ei tue yhteysperiaatetta. Searlen mukaan mentaaliset tilat ovat aina jonkun mentaalisia tiloja. Tästä väitteestä Searle pyrkii johtamaan toisen, paljon radikaalimman väitteen: mielen ilmiöt kuuluvat omaan ontologiseen kategoriaansa, subjektiivisten mentaalisten tilojen kategoriaan. Searlen käsitystä tukee Thomas Nagelin esittämä, hyvin samansisältöinen argumentti. Yksimielisyys ei kuitenkaan ole erehtymättömyyden tae, sillä Paul Churchlandin kritiikki näyttää pahasti horjuttavan Searlen subjektiivisuusargumentin uskottavuutta. Churchland väittää Searlen syyllistyvän intensionaaliseen virhepäätelmään. Yksittäisen henkilön episteemisen pääsyn rajoittuneisuudesta ei Churchlandin mukaan voida tehdä mitään ontologisia johtopäätöksiä, koska tiedetyksi tuleminen ei ole objektin aito ominaisuus. Vastaväite näyttää olevan kohtalokas Searlen subjektiivisuusargumentille. Subjektiivisuuden ongelma näyttää olevan perustava metafyysinen vedenjakaja, joka jakaa mielenfilosofiset teoriat toisaalta materialistisiin, toisaalta dualistisiin. Searle uskoo, että mieli-ruumis -ongelma (mind-body problem) on ratkaistavissa ilman, että tarvitsee valita kumpaakaan. Ratkaisu sisältyy kahteen Searlen näennäisesti yhteensopimattomaan teesiin. Ensimmäisen teesin mukaan mentaaliset tilat ovat todellisia ilmiöitä, eikä niitä voida redusoida mihinkään muuhun tai eliminoida määrittelemällä ne uudestaan. Toisen teesin mukaan aivojen operaatiot aiheuttavat mentaaliset tilat ja mentaaliset tilat ovat aivojen piirteitä. Teeseistä jälkimmäinen osoittautuu ongelmalliseksi syistä, jotka Jaegwon Kim on esittänyt. Jos mentaaliset tilat olisivat aivojen ominaisuuksia, ei mielen ja aivojen välinen suhde voisi olla kausaalinen, koska kausaatiossa (causation) on aina kyse kahden erillisen entiteetin tai tapahtuman välisestä relaatiosta, jossa suhteen osapuolien välillä on oltava ajallista etäisyyttä. Toiseksi Searlen vertaus tietoisuuden ja aivojen suhteesta kappaleen kiinteyden ja sen mikrorakenteen suhteeseen epäonnistuu, koska tietoisuus ja kiinteys kuuluvat Searlen teoriassa eri ontologisiin kategorioihin, eikä niitä siten voi ongelmattomasti rinnastaa. Searlen analogia kiinteyteen murtuu myös siksi, että kappaleen mikrorakenne ei yksinkertaisesti aiheuta sen kiinteyttä. Tietoisuus ei siis voi olla samanaikaisesti aivojen ominaisuus ja aivojen kausaalisen toiminnan seuraus. Tutkielmassa päädytään puolustamaan kantaa, että Searlen argumentit eivät ole vakuuttavia ja että Searle ei ole onnistunut eksplikoimaan teoriaa, joka välttäisi dualismiin ja materialismiin liittyvät tunnetut ongelmat. Kysymys mikä on mielen suhde ruumiiseen, jää siten avoimeksi. Avainsanat: intentionaalisuus, mentaalinen, mieli-ruumis -ongelma, Searle, subjektiivisuus, tietoisuus