물리학에서 아이디어로 설명되는 수학의 환상적인 패턴

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Nicolas de Angelis - Voyage

 

 

.NASA의 Webb 망원경은 미국의 독창성과 함께 빛난다

NASA의 고다드 우주 비행 센터 ( Thaddeus Cesari) NASA의 "챔버 A"는 NASA의 존슨 우주 센터 (Houston Space Center)에 위치한 거대한 열 진공 테스트 챔버로 이전에는 Apollo 달의 임무 하드웨어를 테스트하는 데 사용되어 왔으며 때로는 우주 비행사에게 적합했다. 챔버 A는 Webb의 혁신적인 하드웨어 테스트를 제대로 지원할 수 있도록 광범위한 업그레이드를 실시했습니다. 크레딧 : NASA / Chris Gunn, 2019 년 7 월 18 일

50 년 전 인류를 달에 보내려는 국민 모두가 어려움에 처했습니다. 미지의 세계를 쳐다 보면서 새로운 기술을 발명하는 수많은 장애물을 극복하고 NASA는 성공적으로 여러 개의 달 착륙을 개척했습니다. NASA는 세계에 파트너십의 중요성과 통일 국가가 달성 할 수있는 것을 보여주었습니다. 마찬가지로 세계에서 가장 복잡하고 강력한 우주 망원경을 만드는 작업 인 NASA의 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)은 미국 전역에서 확고부동 한 공헌을 요구했다. 미국 전역의 29 개 주에서 Webb 구성 요소를 제조, 조립 및 테스트 할 수 있습니다. 출시 후, Webb의 과학과 데이터는 전 세계 고객에게 다가 갈 것입니다. Webb의 18 개의 혁신적인 경량 베릴륨 거울은 제조를 완료하기 위해 미국 전역의 8 개 주 (일부 주를 두 번 이상 방문)의 11 개 장소 에서 14 번 정지 해야했습니다. 그들의 여행은 유타의 베릴륨 광산에서 시작되었고, 그 후 가공과 연마를 위해 전국으로 이동했습니다. 거울의 여행을 보여주는 대화식지도를 탐색하십시오. 우주선이 캘리포니아에서 완전히 조립 된 후, 망원경은 프랑스 령 기아나로 이륙하고 우주로가는 마지막 여행의 시작을 갈 것입니다 NASA의 Webb 망원경은 아폴로 프로그램과 마찬가지로 독창성의 모범입니다. 달에 발을 들여 놓기 위해 이전에는 볼 수 없었던 기술이 잉태되어 개발되었습니다. 허블 우주 망원경의 범위를 넘어선 우주 역사의 기간을 관찰하기 위해 웹 팀은 수백만 마일 떨어진 궤도에서 비행 및 서비스를 확인하기 위해 여러 가지 새로운 기술과 테스트 방법을 개발해야했습니다. NASA의 폴 가이 스너 (Paul Geithner) 부 프로젝트 매니저는 "우리가 처음으로 웹을 생각했을 때 기술적으로 가능하지는 않았다. 우리는 이것을 구축하기 전에 몇 가지를 발명해야 성공했다. 아폴로 프로그램과 다르지 않다. 그린벨트, 메릴랜드에있는 고다드 우주 비행 센터. 

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/video/2019/nasaswebbtel.mp4

제임스 웹 우주 망원경은 지금까지 만들어진 가장 복잡한 우주선입니다. 100 개 이상의 다른 회사와 미국 전역의 여러 NASA 시설이 개발에 기여했습니다. 각각은 어떤 방식 으로든 망원경을위한 부품을 만들고 제공하거나 조립하는 데 도움을 주었으며 많은 사람들이 특별히 우주선에 대한 시험 및 청정실 시설을 구축했습니다. 다른 것들은 망원경과 그 다양한 부품들을 시험하기위한 장비, 인원, 그리고 물품들을 제공하는 것을 도왔습니다. 이 집단적 노력의 결과로 과학자는 세계에서 가장 발전된 망원경을 사용하여 과학의 새로운 장을 깨고 이전에는 볼 수 없었던 우주의 새로운 부분을 발견하고 관찰 할 수있게 될 것입니다. 신용 : 크레디트 : NASA의 고다드 우주 비행 센터 Webb의 하드웨어 중 일부는 역사적인 임무를 수행하기 위해 Apollo 우주선 구성 요소의 유효성을 확인하는 데 사용 된 NASA의 Houston 우주 센터의 역사적인 '챔버 A'내부에서 열 진공 테스트를 보았습니다. NASA의 Apollo 프로그램을 이끌었던 James E. Webb의 이름을 따서 명명 한 Webb 망원경은 우리가 알고있는 것을 변화시킬뿐만 아니라 밤하늘과 우주에서 우리의 위치를 ​​어떻게 생각하는지에 대한 혁신적인 과학을 나타냅니다. Webb은 세계 최고의 우주 과학 전망대가 될 것입니다. 그것은 우리 태양계의 신비를 풀고, 다른 별들 주위의 먼 세계를 바라보고, 우주의 신비한 구조와 기원, 그리고 그 안에있는 우리의 위치를 ​​조사 할 것입니다. Webb은 나사, NASA, 유럽 우주국 (European Space Agency) 및 캐나다 우주국 (Canadian Space Agency)이 주도하는 국제 프로젝트입니다. NASA의 아폴로 프로그램의 메아리가 오늘 자랑스럽게 살아갑니다. 새로운 Artemis 프로그램을 통해 NASA는 화성에 인간을 발사하는 궁극적 인 목표를위한 중간 지점으로 봉사하기 위해 달에 지속 가능한 존재를 창출하는 것에 관심을 쏟았습니다.

추가 탐색 이미지 : James Webb 망원경 열 진공 챔버에서 테스트 에 의해 제공 NASA의 고다드 우주 비행 센터

https://phys.org/news/2019-07-nasa-webb-telescope-american-ingenuity.html

 

 

 

.분자 컴퓨터를 향하여 : 단일 분자 열전달의 첫 번째 측정

에 의한 미시간 대학 이 그림은 단일 분자를 통과하는 열의 흐름을 보여줍니다. 즉, 상온 전극과 가열 된 전극의 뾰족한 원자 스케일 팁을 연결하는 탄소 원자의 사슬입니다. 제공 : Longji Cui, Nanomechanics 및 Nanoscale Transport Labs, Michigan Engineering, 2019 년 7 월 18 일

미시간 대학 (University of Michigan)이 이끄는 국제 연구팀이 처음으로 단일 분자를 통한 열전달을 측정했습니다. 이것은 무어의 법칙을 최대한 활용하고 가장 강력한 재래식 컴퓨터를 구현할 수있는 방법으로 실리콘을 조각 에서 추출 하는 것이 아니라 분자 컴퓨팅 회로를 분자 로 만드는 단계 일 수 있습니다 . Moore의 법칙은 집적 회로의 트랜지스터 수가 2 년에 두 배로 증가하여 처리 능력의 밀도가 두 배가된다는 관찰에서 시작되었습니다. 분자 컴퓨팅은 무어의 법칙의 최종 게임으로 널리 알려져 있지만 많은 장애물이 있습니다. 그 중 하나가 열 전달입니다. "전자 부품은 기본적으로 두 개의 전극을 연결하는 원자의 스트링이기 때문에 열은 분자 계산에서 문제입니다. 분자가 뜨거워지면 원자는 매우 빠르게 진동하고 줄이 끊어 질 수 있습니다."기계 공학의 에드가 마이 호퍼 (Edgar Meyhofer) 교수는 말했다. 지금까지 이러한 분자를 통한 열 전달은 측정 할 수 없었고 제어 할 수 없었습니다. 그러나 UM의 기계 공학 교수 인 Meyhofer와 Pramod Reddy는 열이 분자 사슬을 통해 흐르는 속도를 관찰 한 최초의 실험을 주도했습니다. 그들의 팀에는 일본, 독일, 한국의 연구자가 포함되었습니다. "분자 컴퓨팅의 전자적 측면은 지난 15 ~ 20 년 동안 연구되어 왔지만, 열 흐름은 실험적으로 연구하는 것이 불가능했습니다."라고 Reddy는 말했습니다. "더 빠른 열은 분자 접합부에서 소산 될 수있어 미래의 분자 컴퓨팅 장치는 더욱 신뢰할 수있게 될 것입니다." Meyhofer와 Reddy는 거의 10 년 동안이 실험을 수행 할 수있는 역량을 구축해 왔습니다. 그들은 방의 나머지 부분과 거의 완전히 분리 된 열 측정 장치 또는 열량계를 개발하여 우수한 열 민감성을 갖도록했습니다. 그들은 열량계를 실온보다 약 섭씨 20도에서 40도 정도 높였습니다. 칼로리 미터에는 나노 미터 크기의 팁 이 달린 금 전극 이 장착되어 있었는데 , 이는 인간의 머리카락 두께의 약 1/1000입니다. UM 그룹과 국민 대학교의 한 팀이 한국 서울에서 앤아버를 방문하여 분자 코팅 (탄소 원자 사슬)을 한 상온 금 전극을 만들었다. 그들은 단지 접촉 할 때까지 두 개의 전극을 함께 가져 왔고, 탄소 원자의 일부 사슬을 열량계의 전극에 부착 할 수있었습니다. 접촉 된 전극과 함께 열은 전류와 마찬가지로 칼로리 미터에서 자유롭게 흘러 나왔다. 연구진은 서서히 전극을 분리하여 탄소 원자의 사슬 만 연결했다. 분리 과정에서,이 쇠사슬들은 계속 찢어 지거나 떨어졌습니다. 연구진은 얼마나 많은 분자가 남아 있는지 추론하기 위해 전극을 가로 지르는 전류량을 사용했다. 독일의 콘 스탄 츠 대학 (Konstanz)과 일본 오키나와 과학 기술 대학교 (Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)의 공동 연구자들은 한 분자 만 남았을 때 예상되는 전류와 그 분자를 가로 지르는 예상 열 전달을 계산했습니다. 단일 분자가 전극 사이에 남아있을 때, 팀은 스스로 분리 할 때까지 전극을 그 분리 지점에 두었다. 이로 인해 열량계의 온도가 갑작스럽고 극도로 상승했으며, 그 온도 상승으로 팀은 단일 분자 탄소 사슬을 통해 얼마나 많은 열이 흘렀는지를 파악했습니다. 그들은 길이가 2 ~ 10 개의 원자 사이의 탄소 사슬로 열 흐름 실험을 수행했으나 사슬의 길이는 열이 이동하는 속도에 영향을 미치지 않는 것처럼 보였다. 열전달 률은 약 20 피코 와트 열량계, 실온에서 유지 된 전극들 사이의 차이 섭씨 당 (a 와트 1조분의 20)이었다. "구리 나 목재와 같은 물질의 거시적 인 세계에서 열전도도는 물질의 길이가 증가함에 따라 떨어지고 금속의 전기 전도도는 비슷한 규칙을 따른다"고 Longji Cui는 말했다. 디. 현재는 라이스 대학교 (Rice University)의 물리학 박사후 연구원이다. "그러나, 일은 매우 nanoscale 다릅니다"Cui 고 말했다. 극단적 인 경우 중 하나는 양자 효과 (quantum effect)가 전달 특성을 지배하는 분자 접합 (molecular junction)인데, 전기 컨덕턴스는 길이가 증가함에 따라 기하 급수적으로 떨어지는 반면 열전도도는 다소 차이가 나는 것으로 나타났습니다. 이론적 인 예측에 따르면, 나노 스케일에서의 열 이동의 용이함은 분자 사슬이 길이가 100 나노 미터 이상 길어질 때조차도 -이 연구에서 테스트 된 10- 원자 사슬의 길이의 대략 100 배에 이른다. 팀은 이제 그것이 사실인지 여부를 조사하는 방법을 모색 중입니다. 추가 탐색 반대로 LED를 켜면 미래의 컴퓨터를 식힐 수 있습니다. 자세한 정보 : Longji Cui et al. 단일 분자 접합의 열전도도, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1420-z 저널 정보 : 자연 미시간 대학교 제공

https://phys.org/news/2019-07-molecular-single-molecule.html

 

 

.물리학에서 아이디어로 설명되는 수학의 환상적인 패턴

Lisa Zyga, Phys.org 8 번째 시간 단계 (N ≥ 8, 표시되지 않음)에서 원점에있는 무작위 워커의 확률 밀도의 "침식"은 일부 Borwein 통합에서 발견 된 패턴이 같은 지점에서 갑자기 파손되는 이유에 대한 물리적 인 직관을 제공합니다. 신용 : Majumdar 및 Trizac. © 2019, 2019 년 7 월 18 일 기능

미국 물리 학회 패턴은 바다 포탄의 피보나치 나선에서부터 결정의 주기성에 이르기까지 자연과 수학 전반에 걸쳐 나타납니다. 그러나 어떤 수학 문제는 때로는 인간 해법을 속여 패턴을 보게 만들지 만, 파란색 중에서 갑자기 패턴이 사라집니다. 이러한 착시적인 패턴은 수학의 많은 영역에서 자릅니다. 한 가지 사례는 최고의 수학자의 직감을기만 한 미적분학 적 통합으로부터 왔습니다. 이제 새로운 연구에서, 두 명의 물리학자가 랜덤 워크의 물리 개념을 사용하여 이러한 적분에 접근했습니다. 이러한 통합을 해결하는 데에는 대개 많은 노력과 독창성이 필요하지만 물리학 자들은 새로운 접근법을 사용하여 솔루션을 직관적으로 그리고 때로는 명시 적 계산을 할 필요없이 찾을 수 있음을 보여주었습니다. 프랑스의 CNRS 파리 - 수드 대학 (University of Paris-Sud)의 Satya N. Majumdar와 Emmanuel Trizac 물리학 자는 Physical Review Letters 의 최근호에서 무작위 워커를 사용하여 적분을 해결하는 방법에 대한 논문을 발표했다 . "우리는 물리학적인 통찰력을 통해 산만 한 방법으로 풍부한 호기심의 통합을 얻을 수 있었으며, 이전에 알려지지 않은 신원 (이산 또는 이산과 적분 사이의 동등성)을 얻을 수 있음을 보여주었습니다 . "Trizac은 Phys. org . "우리의 연구 결과에 따르면 수학적 직감이기만되면 육체적 직감으로 하루를 절약 할 수 있습니다." Borwein 통합의 패턴 문제의 적분 (그림 참조)은 2001 년에 David와 Jonathan Borwein (아버지와 아들)의 이름을 따서 명명 한 "Borwein integrals"입니다. Borwein 적분은 sinc (cardinal sine) 함수의 곱을 포함합니다. 광학, 신호 처리 및 기타 분야와 같은 광범위한 응용 프로그램을 보유하고 있습니다. 이 두 가지 특정 적분은 하이퍼 큐브의 볼륨을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. Borwein 통합을 해결하려면 변수 n에 숫자를 대입해야합니다 . 각 숫자는 다른 해답 값을 제공하므로 수학자는 결과 값 시퀀스에서 패턴을 관찰 할 수 있습니다. 예를 들어, 첫 번째 적분 (I n )에 대해 n = 1-7 의 숫자를 대입하면 매번 답이 π가됩니다. 그러나 n = 8에 도달 하면 답은 π보다 약간 작습니다 (대략 π - 10 -10 ). 처음 수학자가이 값을 컴퓨터에서 계산했을 때 그들은 소프트웨어에 버그가 있다고 생각했습니다. 그러나 그 대답은 확인되었고, 후속 용어 ( n = 9, 10 등)는 계속해서 조금씩 작아졌습니다.

신용 : Majumdar 및 Trizac. © 2019 미국 물리 학회

일부 패턴은 더 오래 지속됩니다. 두 번째 적분 인 J n 의 경우 시퀀스의 첫 번째 56 항 ( n에 대해 1부터 56까지의 숫자로 대체 됨 )은 모두 π / 2입니다. 그러나 57 번째 기간은 약 π / 2-10 -110 이며, 이후의 용어는 계속 감소합니다. 상황은 더욱 극단적으로 변할 수 있습니다. 여기에서 설명하지 않은 Borwein 통합의 한 변형에 대해 시퀀스 의 놀라운 첫 번째 10 176 항에 대해 일정한 값 패턴이 유지 되고 패턴이 마침내 중단됩니다. 수학자들은 적어도 수학적으로이 패턴이 갑자기 깨지는 이유를 설명 할 수 있습니다. 위의 Borwein 적분은 모두 sinc (a n k) 함수를 포함하고 있습니다 . 여기서 a n = 1 / (2n-1)입니다. n에 1, 2, 3, ...을 대입하면이 식에서 시퀀스 1, 1/3, 1/5, 1/7, 1/9, ...을 얻습니다. Borweins는 첫 번째 용어 인 1이 다른 용어보다 큰 것은 아니지만 다음 두 용어의 합보다 훨씬 큽니다 (두 번째에서 일곱 번째 용어까지 정확히 1 / 3 + 1 / 5 + 1 / 7 + 1 / 9 + 1 / 11 + 1 / 13 = 0.955 ... 1보다 작습니다. 그러나이 합계에 8 번째 항인 1/15를 더하면 1.02 ..., 그래서 1을 넘어서는 것입니다. 그것은 7 번째 항이 적분이 π로 평가되는 마지막 항이고 8 번째 항은 패턴이 깨지는 점인 것은 우연이 아닙니다. Borweins는이 개념을 좀 더 일반적인 용어로 표현한 정리 (그림 참조)를 증명했습니다. 정리는 두 번째 적분 J n 에 대해서도 유효 합니다. J n 에서의 코사인 함수에 대한 설명은 cos (a) sinc (a) = sinc (2a) 속성으로 인해 위 식을 2 / (2n-1)로 변경하므로 첫 번째 항은 1 대신 2가됩니다. 표현 의 두 번째에서 56 번째 항의 합은 2 보다 작지만 57 번째 항을 더하면 합계가 2를 초과하므로 이론적으로 성립됩니다. 무작위 워커 정리가 Borwein 적분의 임시 패턴이 언제 깨지는지를 설명하는 데 도움이되지만, 정리가 처음부터 어째서 성립하는지는 여전히 명확하지 않다. 새로운 논문에서 Majumdar와 Trizac은 그것을 확률 이론 과 통계 역학의 잘 이해 된 개념에 연결하여 정리에 물리적 인 직관을 제공했습니다 . 그들은 정리에서의 적분은 과학을 통해 널리 사용되는 균일 확률 분포와 밀접한 관계가 있음을 발견했다. 구체적으로, 균일 확률 분포의 푸리에 변환은 n = 1에 대해 Borwein 적분을 산출하는 sinc 함수일뿐입니다 .이 연결은 Borwein 적분을 실제 세계에 연결하여 관련 매개 변수를 사용하여 uniform 분포는 Borwein 적분에 대한 해의 순서를 모델링하는데 사용될 수있다. 연구자들은이 연결을보다 물리적 인 맥락에서 설명하기 위해 임의의 보행기를 보았다. 무작위 워커 ( random walker) 는 일정한 거리를 임의의 방향으로 움직일 수있는 추상적 인 객체이며, 정확한 거리는 값의 연속 간격에서 무작위로 선택되며, 각 값은 똑같이 선택 될 수 있습니다 (즉, 균일 한 분포를 따릅니다 ). 랜덤 워커는 주식 시장 가격, 동물을 사육하는 경로, 가스 내의 분자 경로를 각각 1, 2 또는 3 차원에서 발생시키는 등 다양한 임의의 현상을 정확하게 모델링 할 수 있습니다.

https://youtu.be/aZ7Cyhzi9h8

새로운 논문에서 물리학 자들은 무한히 많은 무작위 워커의 움직임이 Borwein 통합에서 패턴의 출현과 사라짐을 모델링하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. 시작하려면 무작위 워커는 모두 1 차원 숫자 라인의 점 0에서 시작합니다. 첫 번째 단계에서, 각 보행 보조기는 왼쪽 또는 오른쪽으로 1 단위까지 임의의 거리를 이동할 수 있습니다. 두 번째 단계의 경우, 각 워커는 최대 1/3의 랜덤 거리를 이동 한 다음 1/5, 1/7, 1/9 등의 무작위 거리를 이동할 수 있습니다. 즉, 각각의 연속 허용 거리는 1 / (2n-1) 식의 다음 값으로 설정합니다. 주된 질문은 각 시간 단계 후에 출발점 (원점)에서 임의 보행자의 비율은 얼마인가? 각 시간 단계 n 에서 원점에있는 워커의 비율 (더 정확하게는 확률 밀도) 이 동일한 n 값을 사용하는 Borwein 적분에 대한 해에 해당함 이 밝혀졌습니다 . 물리학 자들이 설명하는 것처럼, 처음 7 단계에서 보행기가 원점에서 끝날 확률 밀도는 항상 1/2이며, 위의 정리를 통해 π의 정수 값에 해당합니다. 핵심 아이디어는이 시간까지 원산지 보행자 밀도가 보행자 전체에 균등하게 분포되어있는 경우와 동일하다는 것입니다. 실제로 각 단계의 최대 거리가 제한되어 있으므로 번호 행의 일부만 액세스 할 수 있습니다. 즉, 보행자의 세계는 유한합니다. 그러나 처음 7 단계 동안, 원산지의 워커들은 세계가 유한하다는 것을 나타내는 경계의 존재에 대한 정보를 갖고 있지 않기 때문에 그들의 세계가 무한하다고 인식합니다. 이것은 세계의 바깥 경계에 도달 한 워커 (첫 번째 단계 이후 +1 또는 -1)가 최대 크기를 취하는 경우에도 7 단계 미만으로 출발점으로 되돌릴 수 없었기 때문입니다 허용되는 단계와 출발점을 향한 모든 방향. 이 워커들은 8 단계 전에 출발점에 나타날 확률이 0 이었으므로 출발점에서 무작위 워커의 비율에 영향을 줄 수 없었습니다. 따라서 처음 7 단계의 경우 원점에있는 보행기의 밀도는 1/2로 고정됩니다 (보호되어 있음). 그러나 +1 또는 -1에 도달 한 워커가 원점으로 돌아 오면 상황이 바뀝니다. 여덟 번째 단계가 끝나면이 워커 중 일부가 출발점으로 돌아갈 가능성이 있습니다. 이제이 워커들은 시작 지점으로 돌아가는 경계의 존재를 보여 주며, 다른 워커들에게 그들의 세계가 유한하다는 것을 알려주고 따라서 원점에있는 워커의 밀도에 영향을주는 "메신저"의 역할을합니다. 이 메신저 워커들이 출발점으로 되돌아 왔기 때문에 다른 경계 도달 워커들도 그걸 되돌릴 수는 없지만 멀리 계속 나아갈 수 있었던 것은 분명합니다. 결과적으로, 확률 분포가 더욱 확산되어 원점에있는 워커의 비율이 ½ (또는 π에 대해 적분)에서 서서히 감소합니다. 첫 번째 Borwein 적분의 값이 n≥8 일 때 왜 그렇게 약간 감소하는지 설명하는 것은이 침식입니다. 비슷한 주장이 두 번째 Borwein 적분 (비디오 참조)에도 적용됩니다. Borwein 적분을 무작위 워커의 가능성에 연결함으로써, 새로운 결과는 직접 계산을 통한 것보다 이러한 적분을 해결하는 완전히 다른 접근법을 제공합니다. 물리학 자들은 동일한 접근법이 더 높은 차원의 확장을 포함하여 여기에 설명 된 두 가지 외에 다른 많은 통합에도 적용될 수 있음을 보여주었습니다. 연구자들은이 접근법이 계산이 필요없는 다른 솔루션을 제공 할 수있는 잠재력이 있다고 기대합니다. "무작위 걸음 문제와 그 무한한 파급 효과는 물리학, 화학, 생물학, 공학 등 다양한 분야의 현대 물리학의 초석 중 하나입니다"라고 Trizac은 말했습니다. "우리의 흥미로운 통합의 파생은 무작위 걸음 이론의 기본 개념을 포함하고 있기 때문에, 우리는 새로운 아이덴티티와 통합이 실제 애플리케이션과 함께 가까운 미래에 우리의 핵심 아이디어를 사용하여 도출 될 것으로 기대합니다."

추가 탐색 업데이트 된 데이터에서 생성 된 일일 가벼운 통합의 새로운 맵 더 자세한 정보 : Satya N. Majumdar 외. 무작위 워커가 흥미로운 통합을 해결할 때, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.123.020201 저널 정보 : Physical Review Letters

https://phys.org/news/2019-07-illusive-patterns-math-ideas-physics.html

 

 

.포유류의 두뇌가 냄새를 구분하기 위해 진화 한 방법은

S 연구소 piriform cortex의 앞쪽 부분 인 냄새의 감각에 관여하는 뇌 영역. 피질층은 주요 차이를 더 잘 구분하기 위해 형광 항체로 염색됩니다. 레이어 1에는 2 개의 섹션이 있습니다. 검은 색 표면 (1a)에 가장 가까운 레이어는 밝은 녹색으로 얼룩진 반면 두 번째 파트 (1b)는 오렌지색으로 얼룩 져 있습니다. 레이어 2는 흰색으로 얼룩이지며 고밀도의 뉴런을 포함합니다. 냄새 처리에 중요한 후각 망울 뉴런은 1a 층의 뉴런 지점으로 신호를 보낸다. 이 뉴런에는 레이어 2에있는 셀 바디가 있습니다. 레이어 2 뉴런은 레이어 1b에서 서로 통신합니다. 신용 : Salk Institute

세계는 수백만 가지의 뚜렷한 냄새로 수백만 가지로 가득 차 있지만 포유류의 두뇌가 어떻게 진화되어 그들을 구분할 수 있는지는 수수께끼 일뿐입니다. 현재 Salk Institute와 UC San Diego의 두 명의 신경 과학자들은 생쥐에서 고양이에 이르기까지 적어도 6 가지 포유 동물 유형이 진화 적으로 종 전체에 걸쳐 보존 되어있는 뇌의 회로를 사용하여 거의 동일한 방식으로 냄새를 구분 한다는 사실을 발견했습니다. "이 연구는 뇌와 다른 종의 다른 부위에 적용될 수있는 포유 동물의 뇌 기능에 대한 뇌 회로의 기초가되는 조직 원리에 대한 통찰력을 제공합니다."라고 Salk 신경 생물학 연구소의 명예 교수이자 7 월에 발표 된 연구의 공동 저자 인 Charles Stevens는 말합니다. 18, 2019 현 생물학 지 . 간단히 말해, 연구 결과에 따르면, 각질에 대한 신경 회로망의 세 가지 구성 요소의 크기는 각 종에 대해 거의 동일하지만 뇌 앞쪽의 뉴런 클러스터에 신호를 전송하는 코의 수용체부터 시작됩니다. 후각 망울 차례로 대해 "높은 기능"영역으로 신호를 중계, 냄새 식별은 배 모양의 피질 불렀다. UC San Diego의 Kavli Brain and Mind 연구소의 보조 프로젝트 과학자 인 Shyam Srinivasan은 다음과 같이 말합니다. "이 세 단계는 각 단계에서 뉴런의 수와 종 사이의 관계가 같은 뉴런의 수와 관계가 있습니다. "코에서 뉴런의 수를 말해 주면, 나는 배꼽 피질이나 전구에서 숫자를 예측할 수 있습니다." 이번 연구는 2018 년에 출판 된 동일한 듀오에 의한 연구를 기반으로하고 있습니다.이 연구에서는 마우스 두뇌가 어떻게 처리되어 "분산 회로"로 알려진 냄새를 구별하는지 설명했습니다. 예를 들어 시각적 피질의 특정 부위에 정보가 규칙적으로 전달되는 시각 시스템 과는 달리 연구원은 생쥐의 후각 시스템이 배 안구 피질에 분포 된 연결의 조합에 의존한다는 사실을 발견했습니다. 그 논문에 이어 스티븐스 (Stevens)와 스 리니 바산 (Srinivasan)은 생쥐에서 발견 된 분산 신경 회로가 다른 포유류에서 유사한지를 결정하려고했다. 현재 연구를 위해 연구자들은 다양한 크기와 유형의 포유류 뇌를 분석했다. 지난 몇 년 동안의 이전 연구에 더하여, 그들의 계산은 뇌량을 추정하는데 사용되었습니다. 스티븐스 (Stevens)와 스 리니 바 산 (Srinivasan)은 후각 신경 회로에서 시냅스 (연결)를 형성하는 다양한 종류의 뉴런을 시각화 할 수있는 다양한 현미경 기술을 사용했습니다. Srinivasan은 "우리는 모든 뉴런을 계산할 수 없었기 때문에 조사를 실시했습니다. "아이디어는 다른 표현 된 영역의 샘플을 가져 와서 어떤 불규칙성이라도 잡히는 것입니다." 새로운 연구에 따르면 시상 피질의 후각 구 (사구체)의 각 기능 단위를 뉴런에 연결하는 시냅스의 평균 수는 종 전체에서 변하지 않는다. 스티븐스 (Stevens)는 "이들이 어떻게 보존되었는지를 보는 것이 놀랍습니다. 구체적으로, 개별 악취의 식별은 여러 건반의 눌림에서 화음을 만들어내는 피아노의 음계 또는 단어를 구성하는 글자의 배열과 같은 회로 의 발사 뉴런 의 강도 및 조합과 관련 이 있습니다 이 페이지에. Srinivasan은 "냄새의 차별은 발사 속도, 뉴런의 축색 돌기 아래로 이동하는 전기 펄스를 기반으로합니다. "한 가지 냄새는 커피에 대해서 말하자면, 뉴런에서 느린 반응을 이끌어내는 반면 동일한 뉴런은 더 빠른 속도로 초콜릿에 반응 할 수 있습니다." olfaction에 사용되는이 코드 는 다른 두뇌 부분과 다릅니다. "우리는 연결 매개 변수와 후각 회로의 여러 단계 사이의 관계가 포유 동물간에 보존되어 진화가 종 전체에서 회로에 대해 동일한 디자인을 사용했지만 동물의 환경 적 틈새에 맞게 크기를 변경했다고 제안했습니다. 스티븐스가 말한다. 앞으로 Stevens는이 연구에서 발견 된 유사한 코딩을 기반으로하는 다른 분산 회로를 찾아 다른 뇌 영역을 검사 할 계획입니다. Srinivasan은 악취 코딩의 소음이나 다양성이 차별과 학습의 균형을 결정하는 데 초점을 맞 춥니 다. 듀오가 작업에서 발견 한 다양성은 악취를 구분하는 메커니즘이 될 수 있으며 더 나은 기계 학습 또는 인공 지능 시스템. 추가 탐색 뉴런 간의 광범위한 연결로 인해 두뇌가 냄새를 구분할 수 있습니다.

자세한 정보 : Shyam Srinivasan 외, Distributed Circuits의 스케일링 원리, Current Biology (2019). DOI : 10.1016 / j.cub.2019.06.046 저널 정보 : 현재 생물학 Salk Institute 제공

https://phys.org/news/2019-07-mammals-brains-evolved-distinguish-odors.html

 

 

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A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

 

 

.Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정

박수진 1, 제1저자 연구원

 

박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어

추상

유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.

https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261

 

 

.새로운 매력의 법칙 : 과학자들이 자기 액체 방울을 인쇄합니다

에 의해 로렌스 버클리 국립 연구소 크레딧 : CC0 공개 도메인, 2019 년 7 월 18 일

수세기의 발명가와 오늘날의 과학자들은 나침반의 자성 바늘부터 자기 데이터 저장 장치 및 심지어 MRI (자기 공명 영상) 바디 스캔 기계까지 자석을 통해 더 나은 삶을 영위 할 수있는 독창적 인 방법을 발견했습니다. 이러한 모든 기술은 견고한 재료 로 만든 자석에 의존합니다 . 그러나 자기 장치를 액체로 만들 수 있다면 어떨까요? 수정 된 3D 프린터를 사용하여 Berkeley Lab의 한 과학자 팀이이를 수행했습니다. Science 지에 7 월 19 일자로 발표 될이 연구 결과 는 표적 암 치료제를 주변 환경에 맞게 변형 할 수있는 유연한 액체 로봇에 전달하는 인공 세포에서부터 다양한 용도로 인쇄 할 수있는 액체 장치의 혁명적 인 클래스로 이어질 수있다. . 버클리 연구소의 방문 교수 과학자이자 매사추세츠 대학 (University of Massachusetts)의 고분자 과학 및 공학 교수 인 애 머스트 (Amherst)의 토마스 러셀 (Tom Russell)은 "우리는 액체와 자성의 새로운 물질을 만들었습니다. 연구를 이끌었다. "이것은 연약한 물질로 새로운 과학 영역의 문을 열었습니다." 잼 세션 : 액체에서 자석을 없애기 지난 7 년 동안 버클리 연구소의 재료 과학 부문에서 액상 구조화를위한 어댑티브 인터페이스 어셈블리 (Adaptive Interfacial Assemblies)라는 프로그램을 이끌고있는 러셀 (Russell)은 3-D 인쇄 가능한 모든 액체 구조의 새로운 종류의 재료 개발에 주력해 왔습니다. 어느 날 Russell과 현재 연구의 첫 저자 인 Xubo Liu는 강자성체가되는 철 산화물 입자의 용액 인 ferrofluids로부터 액체 구조를 만드는 아이디어를 생각해 냈습니다. 그러나 다른 자석이있는 경우에만 가능했습니다. "우리는 자성 유체가 일시적으로 자성이 될 수 있는지 궁금해했습니다. 자성을 영구 자석으로 만들려면 어떻게해야합니까? 단단한 자석처럼 행동하지만 액체처럼 보입니다." 러셀은 말했다. Berkeley Lab의 Materials Sciences Division의 대학원생 연구원이자 북경 화학 기술 대학의 박사 과정 학생 인 Russell과 Liu는 버클리 연구소의 박사후 연구원이었던 Joe Forth와 함께 개발 한 3D 인쇄 기법 을 사용했습니다 Materials Sciences Division은 직경 20 나노 미터 (항체 단백질의 평균 크기) 인 산화철 나노 입자가 함유 된 철 용액에서 1 밀리미터의 물방울을 인쇄했습니다. 버클리 연구소의 공동 저자 인 폴 애쉬 비 (Paul Ashby)와 브렛 헬름 (Brett Helms)은 분자 화학 주조 에서 표면 화학 및 정교한 원자 힘 현미경 기법 을 사용하여 나노 입자가 "계면 재밍 (interfacial jamming)"현상을 통해 두 액체 사이의 경계면에 단단한 껍질을 형성하고, "이것은 나노 입자가 물방울 표면에 군중을 몰아 치게한다."작은 방에 사람들이 모여있는 벽과 같이 "러셀은 말했다. 자석을 만들기 위해 과학자들은 액체 방울을 자기 코일로 배치했습니다. 예상대로, 자기 코일은 산화철 나노 입자를 끌어 당겼다. 그러나 자기 코일을 제거했을 때, 예상치 못한 일이 일어났습니다.

 

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/video/2019/newlawsofatt.mp4

미세 유체 장치를 사용하여 실린더 모양의 산화철 나노 입자 분산액을 포함하는 3 개의 강자성 액체 액 적의 비디오를 얻은 다음 계면에서 자성 나노 입자 계면 활성제를 형성하여 형태를 고정시킵니다. 원통 모양의 물방울은 같은 밀도를 가진 기름에 놓여 졌기 때문에 부력이 생겨 회전 막대 자석으로 교반판에 놓이게됩니다. 일단 자화되면, 떠있는 솔리드 자석처럼 서로 회전하고 춤을 추는 것처럼 행동합니다. 염료 용액 (Nile Red)의 작은 방울이 오일에 첨가되어 회전하는 강자성 액체 방울 주위의 유동장을 추적했다. 비디오는 위에서 본 모습으로 녹화되어 실시간으로 재생됩니다. 강자성 액체 방울의 부피는 2μL이고 강자성 액체 실린더의 길이는 2mm입니다. 제공 : Xubo Liu와 Tom Russell / Berkeley Lab 동기식 수영 선수처럼, 물방울은 완벽한 조화로 서로를 향해 중력을 가하여 우아한 소용돌이를 형성합니다. "작은 춤추는 물방울처럼,"리우는 말했다. 어쨌든,이 물방울들은 영구적으로 자성이되었습니다. 러셀은 "우리는 거의 그것을 믿을 수 없었다. "우리 연구 전에 사람들은 항상 영구 자석은 고체로만 만들 수 있다고 생각했습니다." 측정에 의한 측정, 그것은 여전히 ​​자석이다. 아무리 크거나 작든 모든 자석에는 북극 과 남극이 있습니다. 반대편 폴은 서로 끌어 당기고, 같은 폴은 서로 밀어냅니다. 자력 계측 측정을 통해 과학자들은 물방울 주위에 떠있는 700 억 개의 산화철 나노 입자에서 물방울 표면의 10 억 개의 나노 입자에 이르기까지 물방울로 자기장을 놓으면 나노 입자의 모든 남북 극을 발견했다 , 솔리드 자석처럼 조화롭게 반응했습니다. 이 발견의 핵심은 철 산화물 나노 입자가 물방울의 표면에 단단히 붙어있는 것이었다. 수십억 개의 나노 입자 사이에 단지 8nm 만 있으면, 그들은 함께 각각의 액체 방울 주위에 단단한 표면을 만들 수 있습니다. 여하튼, 표면의 걸린 나노 입자가 자화 될 때, 그들은이 자성 배향을 핵 주위를 돌고있는 입자들로 옮기고, 전체 방울은 고체처럼 영구적으로 자란다, 러셀 (Russell)과 리우 (Liu)는 설명했다. 연구진은 또한 작은 물방울을 인간의 머리카락의 크기에 대해 더 작고 더 얇은 물방울로 나누어도 물방울의 자기 적 성질이 보존되었다는 것을 발견했다. 러셀은 자기 방울이 많은 놀라운 특성들 중에서도 훨씬 더 두드러진 점은 주변 환경에 적응하기 위해 모양을 바꾸거나 구형에서 실린더로, 팬케이크로 변형 시키거나 머리카락처럼 얇은 튜브를 사용한다는 것입니다 , 심지어는 문어의 모양까지 - 모든 자기 속성을 잃지 않고. 액적 '은 또한 자성 모드와 비자 성 모드 사이를 전환하도록 조정될 수있다. 그리고 자기 모드가 켜지면, 외부 자석에 의해 지시 된대로 그들의 움직임을 원격 조정할 수 있다고 Russell은 덧붙였다. Liu와 Russell은 버클리 연구소 및 기타 국립 연구소에서 액상 인쇄 인공 세포 또는 비 침습적이지만 타깃이 작은 소형 프로펠러처럼 움직이는 소형 ​​로봇과 같은 더욱 복잡한 3 차원 인쇄 자성 유체 구조를 개발하기위한 연구를 계속할 계획입니다 병에 걸린 세포에 약물 요법의 전달. 호기심 많은 관찰로 시작된 것은 새로운 과학 영역을 열어 버렸습니다. "이것은 젊은 연구자들이 꿈꾸는 것입니다. 버클리 랩의 세계적 수준의 사용자 시설이 지원하는 훌륭한 과학자 그룹과 협력하여 현실로 만들 수있는 기회가 생겼다는 것이 행운이었습니다."라고 Liu는 말했습니다.

추가 탐색 과학자들은 액체 방울 안에있는 나노 결정을 고체와 같은 상태로 짜 낸다. 다시 자세한 정보 : X. Liu el al., "재구성 가능한 강자성 액체 방울", Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi ... 1126 / science.aaw8719 저널 정보 : Science 에 의해 제공 로렌스 버클리 국립 연구소

https://phys.org/news/2019-07-laws-scientists-magnetic-liquid-droplets.html

 

 

.3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포

 

논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,

June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.

 

소개

세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5  μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇  습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf