신경망을 이용한 양자 시스템 시뮬레이션
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"На Сопках Маньчжурии" Дмитрий Хворостовский
.100 일 동안 화성에 지구 : 핵 로켓의 힘
프레이져 카인, 오늘의 우주 낮은 지구 궤도에이 Bimodal 핵 열 로켓의 아티스트의 개념. 크레딧 : NASA, 2019 년 7 월 1 일
태양계는 정말로 큰 장소이며 전통적인 화학 로켓으로 세계를 여행하는 것은 영원합니다. 그러나 1960 년대에 개발 된 한 기술은 핵 시대의 로켓을 획기적으로 단축 할 수있는 방법을 제공 할 수 있습니다. 물론 방사성 물질로 동력을 공급 하는 로켓을 발사하는 데에는 고유 한 위험이 따른다. 우리가 시도해야합니까? 화학 로켓을 사용하여 화성을 방문하고 싶다고 가정 해 봅시다. 당신은 지구로부터 폭발하고 낮은 지구 궤도에 들어갈 것입니다. 그런 다음, 올바른 순간에 당신은 태양으로부터 당신의 궤도를 들어 올려 로켓을 발사 할 것입니다. 당신이 팔고있는 새로운 타원형 탄도는 비행 8 개월 후에 화성과 교차합니다. 이것은 호만 (Hohmann) 이동으로 알려져 있으며, 최소의 추진체와 최대 탑재량을 사용하여 우주에서 어떻게 여행하는지 가장 효율적인 방법입니다. 물론 문제는 그것이 걸리는 시간입니다. 여행을하는 동안 우주 비행사는 식량, 물, 공기를 소비하고 장기간의 우주 공간에 노출 될 것입니다. 그런 다음 귀국 사명은 자원에 대한 필요성을 두 배로하고 방사선 부하를 두 배로 만듭니다. 우리는 더 빨리 갈 필요가 있습니다. NASA는 거의 50 년 동안 화학 로켓의 뒤를 잇는 것에 대해 생각해 왔습니다. 핵열 로켓. 그들은 여행을 확실히 가속화하지만, 위험을 안고있는 것은 아닙니다. 그래서 당신은 그들을 보지 못했습니다. 그러나 아마 그들의 시간은 여기에있다.
https://youtu.be/q_Zoxpv9b3w
1961 년에 NASA와 원자력위원회는 핵 열 추진력 (NTP)에 관한 아이디어를 공동으로 작업했습니다. 이것은 Werner von Braun이 개척 한 것으로, 1980 년에 핵 로켓 날개를 타고 인간 선교가 화성에 날아 가기를 희망했다. 글쎄, 그런 일은 일어나지 않았다. 그러나 그들은 핵열 추진에 대한 몇 가지 성공적인 테스트를 수행하고 그것이 작동한다는 것을 입증했습니다. 화학 로켓은 일종의 인화성 화학 물질을 점화 한 다음 배출 가스를 노즐 밖으로 밀어내는 방식으로 작동합니다. 좋은 뉴튼의 제 3의 법칙 덕분에 모든 행동에 대해 동등하고 반대되는 반응이 나타납니다. 로켓은 추방 된 가스와 반대 방향으로 추진력을받습니다. 핵 로켓도 비슷한 방식으로 작동합니다. 대리석 크기의 우라늄 연료 공은 핵분열을 거쳐 엄청난 양의 열을 방출합니다. 이것은 수소를 섭씨 약 2500도까지 가열합니다. 그리고 나서 수소는 매우 빠른 속도로 로켓의 뒤쪽으로 배출되어 로켓에 화학 로켓의 추진 효율의 2-3 배를줍니다. 화학 로켓이 화성으로 여행하기 위해 언급 한 8 개월을 기억하십니까? 핵열 로켓은 우주 비행사가 소비하는 자원이 적고 방사 부하가 적다는 것을 의미하므로 운송 시간을 반으로, 심지어는 100 일로 단축 할 수 있습니다. 또 다른 큰 이점이 있습니다. 핵 로켓의 추진력은 지구와 화성이 완벽하게 일치하지 않을 때 임무를 허용 할 수 있습니다. 지금 당장 창문을 놓치면 2 년을 더 기다려야하지만 핵 로켓은 비행 지연 문제를 해결할 수 있습니다.
궁극적으로 건설 된 가장 강력한 로켓이 될 우주 발사 시스템의 발사에 대한 아티스트의 삽화. 크레딧 : NASA
핵 로켓의 첫 번째 테스트는 1955 년 로스 알 라모스 과학 연구소의 프로젝트 로버에서 시작되었습니다. 핵심 개발은 로켓에 맞게 원자로를 소형화하는 것이 었습니다. 향후 몇 년 동안 엔지니어들은 크기와 출력이 다른 12 개 이상의 원자로를 제작하고 테스트했습니다. Project Rover의 성공으로 NASA는 달의 아폴로 착륙선을 따라가는 화성에 대한 인간의 임무에 주목했습니다. 거리와 비행 시간으로 인해 그들은 핵 로켓이 임무 수행 능력을 높이는 열쇠가 될 것이라고 결정했습니다. 핵 로켓은 물론 위험이 없다. 선상에있는 원자로는 우주 비행사 승무원에게 작은 방사선 원천이 될 것이며 이는 비행 시간 단축으로 인해 초과 될 것입니다. 우주 자체가 엄청난 방사능 위험이며 우주 비행사 DNA를 손상시키는 은하 우주 방사선이 계속됩니다. 1960 년대 후반 NASA는 인간을 화성에 데려 갈 핵 로켓이 될 기술을 개발하기 위해 Rocket Vehicle Application 프로그램 인 NERVA를 설립했습니다. 그들은 네바다 사막에서 더 크고 더 강력한 핵 로켓을 테스트하여 고속 수소 가스를 대기 중으로 배출했습니다. 당시 환경법은 그다지 엄격하지 않았습니다. 최초의 NERVA NRX는 최대 전력으로 28 분 동안 거의 2 시간 동안 테스트되었습니다. 그리고 두 번째 엔진이 28 번 가동되어 115 분 동안 작동했습니다.
Rocket Vehicle Application (NERVA)을위한 원자력 엔진을위한 NASA 설계. 크레딧 : NASA 결국,
그들은 가장 강력한 원자로 인 Phoebus-2A 원자로를 시험하여 12,000 분 동안 4,000 메가 와트의 전력을 생산할 수있었습니다. 다양한 구성 요소가 실제로 비행 준비가 된 로켓으로 조립 된 적은 없었지만 엔지니어들은 핵 로켓이 화성 비행의 필요성을 충족시킬 것이라고 확신했습니다. 그러나 미국은 더 이상 화성에 가기를 원하지 않는다고 결정했다. 대신 우리는 우주 왕복선을 원했다. 이 프로그램은 1973 년에 중단되었고 그 이후로 핵 로켓을 시험 한 사람은 아무도 없었다. 그러나 최근의 기술 발전으로 인해 핵열 추진이 더욱 매력적으로되었습니다. 다시 1960 년대에 그들이 사용할 수있는 유일한 연료 원은 고도로 농축 된 우라늄이었습니다. 그러나 엔지니어들은 저 농축 우라늄으로 얻을 수 있다고 생각합니다. 이 방법을 사용하는 것이 더 안전하며 더 많은 로켓 시설이 테스트를 수행 할 수 있습니다. 또한 배기 가스에서 방사성 입자를 포착하여 적절히 처분하는 것이 더 쉬울 것입니다. 이는 기술 작업의 전체 비용을 낮추게됩니다. 2019 년 5 월 22 일 미 의회는 핵열 추진 로켓 개발을 위해 1 억 2500 만 달러를 지원했다. 이 프로그램은 NASA의 Artemis 2024 복귀에 어떤 역할도하지 않지만 "NASA는 우주 시연과 관련된 시한과 핵 실험을 포함하는 핵 열 추진 데모를 가능하게하는 다년간의 계획을 수립 할 것을 촉구합니다. 미래의 임무와 추진력 및 전력 시스템에 대한 설명 " 핵분열은 원자의 힘을 이용하는 한 방법이다. 물론 농축 우라늄이 필요하고 독성 방사성 폐기물을 발생시킵니다. 수소의 원자가 헬륨으로 짜내 져 에너지를 방출하는 융합은 어떨까요?
프린스턴 위성 시스템 개념 융합 로켓의 이미지 그림. 크레디트 : Princeton Satellite Systems
엄청난 질량과 핵심 온도 덕분에 태양은 융합이 이루어졌지만 공학적으로 지속 가능하고 에너지에 긍정적 인 융합은 어렵습니다. 유럽의 ITER와 같은 거대한 실험은 향후 10 년 내에 융합 에너지를 유지하기를 희망하고있다. 그 후, 당신은 원자로 로켓의 핵분열로와 동일한 역할을 할 수있는 시점까지 융합 원자로가 소형화되었다고 상상할 수 있습니다. 그러나 엔지니어가 핵융합로를 얻지 못해도 에너지가 양의 값을 갖게된다고 할지라도 질량의 양은 엄청나게 늘어날 수 있습니다. 아마 우리는 수십 년을 기다릴 필요가 없을 것입니다. 프린스턴 플라즈마 물리 연구소 (Princeton Plasma Physics Laboratory)의 한 연구 그룹은 직접 융합 드라이브 (Direct Fusion Drive)라는 개념을 연구하고있다. 이것은 2002 년 Samuel Cohen이 개발 한 Princeton Field-Reversed Configuration 핵융합로를 기반으로합니다. 헬륨 -3 및 중수소의 고온 플라즈마는 자기 컨테이너에 담겨있다. 헬륨 -3는 지구상에서 드문 것으로, 다른 융합 또는 핵분열 원자로와 같은 양의 위험한 방사능이나 핵 폐기물을 생성하지 않기 때문에 가치가 있습니다. 핵분열 로켓과 마찬가지로 융합 로켓은 추진체를 고온으로 가열 한 다음 뒤쪽으로 분사하여 추진력을 발생시킵니다. 그것은 매우 뜨거운 플라즈마를 포함하고 스핀하는 선형 자석들을 묶어서 작동합니다. 플라즈마 주위의 안테나는 이온의 특정 주파수에 맞춰져 있으며 플라즈마에 전류를 생성합니다. 그들의 에너지는 원자들이 융합되어 새로운 입자를 방출하는 지점까지 펌핑됩니다. 이 입자들은 자기장 선에 의해 포획 될 때까지 봉쇄 장을 돌아 다니며 로켓 뒤쪽에서 가속됩니다.
https://youtu.be/vS4o7W3UP4M
이론적으로 융합 로켓은 분당 로트에서 850 개, 화학 로켓에서 450 개를 기억하는 10,000 초의 특정 충동과 함께 메가 와트 당 2.5에서 5 뉴턴의 추력을 제공 할 수 있습니다. 그것은 또한 태양 전지판이 매우 효율적이지 않은 태양으로부터 멀리 떨어져있는 우주선에 필요한 전기를 발생시킬 것입니다. 직접 핵융합 운전은 단지 2 년 만에 토성으로 10 톤의 임무를 수행하거나 약 4 년 만에 지구에서 명왕성 으로 1 톤의 우주선 을 운반 할 수 있습니다 . 뉴 호라이즌은 거의 10 명이 필요했습니다. 또한 1 메가 와트의 핵융합로이기 때문에 Voyager와 New Horizons와 같은 심 우주 임무에 의해 현재 운용되고있는 핵 배터리보다 훨씬 많은 우주선의 장비가 도착하면 훨씬 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다. 이 기술로 표에 올 수있는 성간 선교의 종류를 상상해보십시오. 그리고 Princeton Satellite Systems만이 이와 같은 시스템에서 일하는 유일한 단체는 아닙니다. Applied Fusion Systems은 우주선에 추진력을 줄 수있는 핵융합 엔진에 대한 특허를 신청했습니다. NASA가 비행 시간을 줄이기위한 방법으로 핵 로켓을 심각하게 테스트 한 이후로 수십 년이 지났음을 알고 있지만 기술이 다시 돌아온 것처럼 보입니다. 향후 몇 년 동안, 나는 새로운 하드웨어와 핵 열 추진 시스템에 대한 새로운 테스트를 기대합니다. 그리고 나는 우리를 다른 세계로 데려 갈 실제 융합 의 가능성에 대단히 흥분 합니다.
추가 탐색 NASA, 핵 열기 로켓을위한 프로그램 재위
https://phys.org/news/2019-07-earth-mars-days-power-nuclear.html
.바위 종이 가위 게임과 공존
Lisa Zyga, Phys.org (Top) 3 종의 선택 상호 작용. 파선 화살표는 종 1이 종 2 및 3보다 약함을 나타냅니다. (아래) 시뮬레이션에서 나타나는 공간 패턴 중 일부입니다. 종 1, 2 및 3의 개체는 주황색, 진한 파란색 및 밝은 파란색 점으로 각각 표시됩니다. 빈 공간은 흰색 점으로 표시됩니다. 신용 : Menezes 외. © 2019 EPL, 2019 년 7 월 4 일 기능
1975 년 RM May와 WJ Leonard는 처음에 rock-paper-scissors 게임을 사용하여 3 종이 주기적으로 서로를 지배하는 생태 시나리오를 모델링했습니다. 한 종은 두 번째 종을 지배하고 두 번째 종은 세 번째 종을 지배하며 세 번째 종은 지배적입니다 첫 번째 종. 이 게임은 주기적으로 우세한 E. coli 박테리아 의 여러 변형을 모델링하는 것과 같이 잘 작동합니다 . 전통적으로 바위 종이 가위 모델은 세 종 모두 동일한 강도를 가지고 있다고 가정합니다 . 그러나 그 종 중 하나가 다른 두 종보다 약하면 어떻게 될까요? 이러한 시나리오는 특정 종의 다른 종과의 경쟁 능력을 저하시키는 계절적 변화로 인해 자연적으로 발생할 수 있습니다. 브라질의 리오 그란데도 노르 테 연방 대학 (Federal University of the Rio Grande do Norte)의 조시 날도 메 네제 (Josinaldo Menezes) 대학원생 인 Tibério Pereira와 학부생 Bia Moura는 새로운 종이에서 100 만 건 이상의 록 가위 - 가위 시뮬레이션을 수행하여이 문제를 해결했습니다 한 종의 공격보다 적게 공격하는 모델. 이 모델은 종의 다른 강점에도 불구하고 서로 다른 종의 공존이 어떻게 유지되는지 설명하는 데 도움이됩니다. "그 결과는 종들이 더 약할지라도 종들이 공존 할 수있는 이유는 바위 종이 가위 모델의 특별한 선택 구성이라고 우리 에게 말해 준다 "라고 Pereira는 Phys.org에 말했다 . 이 모델은 May-Leonard 모델의 특별한 경우로 구현되었을 때 원래의 바위 종이 가위 모델과는 다소 다르게 작동합니다. 그리드에 배치 된 개인은 그들이 속한 세 종 중 어느 것이 든 세 가지 가능한 상호 작용을 수행 할 수 있습니다. 세 가지 상호 작용은 선택, 이동성 및 복제입니다. 선택은 한 종의 개체가 그것이 지배하는 종의 이웃 개체를 쓸어 버릴 수있는 살인과 같습니다. 이동성을 위해, 한 종의 개체는 그것이 지배하는 종의 이웃 개체와 장소를 전환하거나 인접한 빈 공간으로 이동할 수 있습니다. 번식을 위해서는 한 종의 개체가 빈 이웃 공간에 다른 종의 개체를 채울 수 있습니다. 시뮬레이션에서 각 종의 개체는 그리드에 무작위로 분포됩니다. 개인을 무작위로 선택한 다음 8 개의 이웃 사이트 중 하나 (점령되거나 비어 있음)가 무작위로 선택됩니다. 세 가지 상호 작용 (선택, 이동성 또는 복제) 중 다음 하나가 무작위로 선택됩니다. 가능한 한 선택한 개인이 상호 작용을 수행합니다. 경우에 따라 상호 작용이 불가능합니다. 예를 들어 선택을하기 위해 인접한 사이트가 올바른 종 (개별 사이트가 지배적 인 개체)에 의해 점유되어야하고 인접 사이트가 비어 있어야합니다. 재생산이 일어난다. 한 종을 다른 두 종보다 약하게 만들기 위해 연구원은 한 종에게 선택 상호 작용을 얻는 확률을 낮추었다. 시뮬레이션의 결과는 기대했던 것과는 달리 약한 종들이 반드시 사라지지 않는다는 것을 보여 주었다. 대신, 일부 약점 수준의 경우 약한 종은 처음에는 거의 모든 영토를 지배합니다. 더 약한 종은 그것이 지배하는 종의 개체를 선택 (즉, 죽이기)하기 때문에이 종은 자라며 차례로 제 3 종의 성장을 제한하기 때문에 이런 현상이 발생합니다. 이 세 번째 종은 약한 종을 독점하기 때문에 제한적인 성장은 약한 종의 번식을 허용합니다. 이러한 이유들로 인해, 이전의 연구에 따르면 약한 종은 장기적으로도 항상 지배적 일 수 있습니다. 그러나 여기서 연구자들은 다른 것을 발견했습니다. "우리는 약한 종들이 문헌에서 알려진 것처럼 고르지 않은 바위 종이 가위 게임을 반드시 이기지는 않아서 놀랐다"고 Menezes는 말했다. "5 월 - 레오나드 형 시뮬레이션에서 우승자 종은 약한 종의 이동성과 강도에 달려 있다는 것을 알게되었습니다." 시간이 흐르면서 다른 종들이 공간적으로 어떻게 공존 하는지를 정확히 보여주는 새로운 패턴이 나타납니다 . 특히, 나선형 패턴 은 서로 만나기 전까지 파도처럼 떠오르고 여행하며, 그 결과 그들은 작은 식민지에서 3 종 모두가 공존하게됩니다. 나선형 패턴과 결과로 생기는 공존은 모든 생물 종의 이동성을 증가시키고 종들이 서로 접촉 할 수 있기 때문에 더 큰 그리드에서 발생하기 쉽습니다. "격자가 하나의 단일 종에 의해 거의 지배 될 때 아름다운 나선형 파도가 나타납니다"라고 Moura가 말했습니다. "나선형 공간 패턴의 형성은 표준 바위 종이 가위 모델과 완전히 다르다. 우리는 그 결과가 그러한 종들이 어떻게 공존 하는지를 이해하는데 결정적인 패턴을 기술하고 정량화하기 때문에 생태 학자들에게 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 결과는 또한 공존에 한계가 있음을 보여주었습니다. 약한 종의 힘이 다른 두 종의 강도의 약 1/3보다 적 으면 공존 가능성이 크게 줄어 들었습니다. 미래에 연구자들은 생존을 보장하기 위해 종의 상호 작용 확률을 변경할 수있는 적응 생물 시스템과 같은보다 복잡한 시나리오를 조사 할 계획이다. 그들은 또한 생물학적 상호 작용이 질병과 다른 육식 동물의 영향뿐만 아니라 종간의 불균등 한 관계를 어떻게 균형 잡을 수 있는지 탐구 할 계획이다. "우리는 질병 발발이나 일반적인 포식자 매개를 통해 고르지 않은 바위 종이 가위 모델의 공존 가능성을 높이는 방법을 이해하려고합니다"라고 Menezes는 말했습니다.
추가 탐색 산호초의 높은 다양성 - 바위 종이 가위의 아주 큰 게임 자세한 정보 : J. Menezes, B. Moura 및 TA Pereira. "고르지 않은 바위 종이 가위 모형 : 패턴과 공존." EPL . DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 126 / 18003 저널 정보 : Europhysics Letters (EPL)
https://phys.org/news/2019-07-rock-paper-scissors-game-coexistence.html
.단일 원자에 대해 수행되는 세계에서 가장 작은 MRI
하여 기초 과학 연구소 밝은 영역은 원자의 자기장이 같은 위치를 표시합니다. 크레딧 : Philip Willke 외, 2019 년 7 월 1 일
이화 여자 대학교의 기초 과학 연구소 (IBS)의 QNS (Quantum Nanoscience Center) 연구원은 세계에서 가장 작은 자기 공명 영상 (MRI)을 수행하여 과학적으로 획기적인 발전을 이루었습니다. QNS 과학자들은 미국의 동료들과 국제 협력을 통해 새로운 기술을 사용하여 단일 원자의 자기장을 시각화했습니다. MRI는 진단용 이미징의 일부로서 병원에서 일상적으로 실시됩니다. MRI는 인체에서 전자와 양성자의 기본 자석 인 스핀의 밀도를 감지합니다. 전통적으로 MRI 검사에는 수십억 개의 스핀이 필요합니다. Nature Physics 저널에 오늘 발표 된 새로운 발견 은이 과정이 표면상의 개별 원자에 대해서도 가능하다는 것을 보여준다. 이를 위해 연구팀 은 원자 현미경 으로 뾰족한 금속 팁으로 구성된 주사 터널링 현미경을 사용하여 연구원들이 표면을 가로 질러 팁을 스캔하여 단일 원자를 영상화하고 조사 할 수있게했다. 이 연구에서 연구 된 두 가지 요소 인 철과 티타늄은 모두 자기 적입니다. 샘플의 정확한 준비를 통해 원자는 현미경에서 쉽게 볼 수있었습니다. 연구진은 전례없는 해상도로 원자에 의해 생성 된 3 차원 자기장을 매핑하기 위해 MRI 기기와 같은 현미경 팁을 사용했습니다. 그렇게하기 위해 그들은 현미경의 날카로운 금속 팁에 또 다른 스핀 클러스터를 부착했습니다. 일상 자석과 마찬가지로 두 개의 스핀은 상대 위치에 따라 서로 끌어 당기거나 격퇴합니다. 연구진은 표면의 원자 위에 팁 스핀 클러스터를 스윕함으로써 자기 적 상호 작용을 파악할 수 있었다. 필자는 QNS의 필립 윌크 (Philip Willke) 박사는 "우리가 측정 한 자기 적 상호 작용은 두 스핀의 성질에 달려 있다고 밝혀졌다. 팁에있는 것과 샘플에있는 것. 예를 들어, 철 원자에 대한 신호는 티타늄 원자에 대한 신호와 크게 다릅니다. 이것은 우리가 다른 종류의원자 를 자기장으로 인식하고 우리 기술을 매우 강력하게 만든다 "고 말했다.
단일 자성 원자가 산화 마그네슘의 표면에 증착됩니다. 그들은 연구자들이 자기장의 MRI 스캔을 수행 할 수있게하는 주사 터널 현미경 (scanning tunneling microscope)의 자기 팁 (magnetic tip)에 의해 이미징된다. 크레딧 : Philip Willke 외
연구진은 단일 원자 MRI를 사용하여 분자 및 자성 물질과 같은 보다 복잡한 구조 에서 스핀 분포를 매핑 할 계획 이다. "최근의 자기 저장 장치를 포함하여 나노 스케일에서 많은 자기 현상이 발생합니다."라고이 연구의 공동 저자 인 유정 배 박사는 말합니다. "우리는 이제 우리의 미세한 MRI를 사용하여 다양한 시스템을 연구 할 계획입니다." 나노 스케일의 자성 구조를 분석하는 능력은 연구자가 새로운 물질과 약물을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 연구팀은 양자 시스템을 특성화하고 제어하기 위해 이러한 종류의 MRI를 사용하기를 원합니다. 이것들은 양자 계산 (quantum computing)이라고 알려진 미래의 계산 방식에 큰 관심을 끈다. "나는이 결과에 대해 매우 기쁘게 생각하며, 이것은 우리 분야의 획기적인 사건이며 앞으로의 연구에 매우 유망한 영향을 미친다"고 말했다. QNS의 Andreas Heinrich 소장은 말한다. "상상할 수없는 정밀도로 스핀과 자기장을 매핑하는 기능을 통해 물질 구조에 대한 더 깊은 지식을 얻고 새로운 기초 연구 분야를 열 수 있습니다."
추가 탐색 단일 원자의 중심부에있는 작은 자석에 접근하는 획기적인 기술 추가 정보 : 표면의 단일 원자의 자기 공명 영상 ( 자연 공명 (2019)) DOI : 10.1038 / s41567-019-0573-x , https://nature.com/articles/s41567-019-0573-x 저널 정보 : 자연 물리학 에서 제공하는 기초 과학 연구소
https://phys.org/news/2019-07-world-smallest-mri-atoms.html
.신경망을 이용한 양자 시스템 시뮬레이션
에 의해 로잔 연방 공과 대학교 열린 양자 시스템의 상태를 예측하는 데 사용되는 신경망을 보여줍니다. 신용 : A. Nagy와 A. Anelli. 신용 : EPFL, 2019 년 7 월 1 일
일상 생활의 규모에서도 자연은 양자 물리 법칙의 지배를받습니다. 이 법칙은 빛, 소리, 열 또는 볼 테이블상의 공의 궤도와 같은 일반적인 현상을 설명합니다. 그러나 다수의 상호 작용하는 입자에 적용될 때, 양자 물리학의 법칙은 실제로 직감을 무시하는 다양한 현상을 예측합니다. 많은 입자로 구성된 양자 시스템을 연구하기 위해 물리학 자들은 먼저이를 시뮬레이션 할 수 있어야합니다. 이것은 슈퍼 컴퓨터에서의 내부 동작을 설명하는 방정식을 풀어서 수행 할 수 있습니다. 그러나 무어의 법칙은 컴퓨터의 처리 능력이 2 년마다 두 배가된다는 것을 예측하지만, 이것은 양자 물리학의 문제를 해결하는 데 필요한 힘과는 거리가 .니 다. 그 이유는 양자 시스템의 특성을 예측하는 것은 엄청나게 복잡 하여 이론적 물리학 실험실을 지휘하는 빈첸조 사 보나 (Vincenzo Savona) 교수에 따르면, "본질적으로 복잡한"과제 인 양자 시스템의 크기에 따라 기하 급수적으로 커지는 계산 능력 을 요구하기 때문 입니다 EPFL에서 Nanosystems의 "양자 환경이 열릴 때 상황은 훨씬 더 복잡해 지는데, 이는 주변 환경의 교란에 영향을 받는다는 것을 의미합니다."라고 Savona는 덧붙입니다. 그러나 양자 과학과 기술에 대한 최신 실험 플랫폼은 개방형 시스템이기 때문에 개방형 양자 시스템을 효율적으로 시뮬레이션하는 도구가 많이 필요합니다. 물리학 자들은 시뮬레이션 및 벤치마킹을위한 새로운 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 그러나 신경망을 가진 양자 시스템을 시뮬 레이팅하는 새로운 계산 방법 덕분에 상당한 발전이있었습니다 . 이 방법은 Savona와 그의 박사에 의해 개발되었습니다. 학생 Alexandra Nagy가 EPFL에서, 그리고 Universite Paris Diderot, Edinburgh의 Heriot-Watt University 및 뉴욕의 Flatiron Institute에서 독립적으로 과학자들에 의해 연구되었습니다. 전체 작품은 Physical Review Letters의 3 개 논문에 게재됩니다 . "우리는 기본적으로 신경망과 기계 학습의 발전을 양자 몬테 카를로 도구와 결합 시켰습니다."물리학 자들이 복잡한 양자 시스템을 연구하는 데 사용하는 커다란 툴킷 툴을 소개하는 Savona는 다음과 같이 말합니다. 과학자들은 환경의 영향에 의해 양자 시스템이 캐스팅 될 수있는 많은 양자 상태를 동시에 표현하기 위해 신경 네트워크를 훈련했습니다. 신경 네트워크 접근법은 물리학 자들이 상당한 크기와 임의의 기하학의 양자 시스템의 성질을 예측할 수있게 해주었습니다. "이것은 다용도 성과 스케일 업 가능성이 많은 개방 양자 시스템의 문제를 해결하는 새로운 계산 방법입니다."라고 Savona는 말합니다. 이 방법은 복잡한 양자 시스템 연구를위한 도구로 자리 잡고 있으며 양자 하드웨어 에 대한 잡음의 영향을 평가하기 위해 미래를 조금 더 연구 하고 있습니다. 추가 탐색 새로운 양자 시뮬레이터에서는 빛이 자석과 같이 작용합니다. 추가 정보 : Alexandra Nagy et al. 개방 양자 시스템을위한 신경망 분석을 이용한 변이 형 몬테카를로 방법, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.250501 저널 정보 : Physical Review Letters 에 의해 제공 로잔 연방 공과 대학교
https://phys.org/news/2019-07-simulating-quantum-neural-networks.html
.소행성 베스타 (Asteroid Vesta)는 우주의 충돌과 충돌로 인해 발생합니다
에 의해 맥쿼리 대학 소행성 베스타. 크레디트 : NASA / JPL-Caltech / UCAL / MPS / DLR / IDA, 2019 년 7 월 4 일
화성과 목성 사이의 소행성 벨트는 행성 형성 과정을 보존하며 시간이 흐른다. 이 벨트에서 두 번째로 큰 소행성 베스타 (Vesta)는 과학자들이 행성의 기원과 형성을 조사 할 수있는 훌륭한 기회를 제공한다. 특히 Vesta는 지구와 마찬가지로 지각, 맨틀 및 금속 코어를 유지합니다. NASA의 Dawn 임무에 의한 Vesta의 신중한 매핑은 Vesta의 남극에있는 지각이 비정상적으로 두꺼운 것을 보여주었습니다. Macquarie University Planetary Research Center와 Macquarie GeoAnalytical의 Yi-Jen Lai 박사 와 Nature Geoscience 지에 발표 된 논문 에서 거대한 영향을받은 베스타의 새로운 진화 역사를 제안합니다. 이것은 베스 산 (Bestan) 운석 중 하나 인 메소 사이더 라이트 (mesosiderites)의 지르콘 결정의 정확한 연대 측정에 기초하며 베스타의 진화에 관한 과거의 불확실성을 해결합니다. Mesosiderites는 소행성 / 소행성에서 나온 지각과 용융 핵 물질로 구성된 돌이 많은 철 운석의 한 유형입니다. 이 신비스럽고 희귀 한 운석은 차별화 된 (계층화 된) 소행성의 파괴적인 가능성에 대한 독특한 통찰력을 제공합니다. "도쿄 대학의 하바 마키코 (Makiko Haba) 박사는"주요 도전 과제는 수십 년에 걸쳐 연대 측정에 유리한 10 개 미만의 지르콘 입자가보고되었다는 것인데, 우리는 중간 크기 자리에서 지르콘을 발견하고 결국 준비한 새로운 방법을 개발했다 이 연구를위한 충분한 곡물. " 연구진은 스위스의 ETH 취리히 (ETH Zurich)의 세계적인 지질 과학 연구 대학 (Geoscience Research University)에서 mesosiderite의 우라늄과 납 동위 원소를 사용하여 고정밀 연대 측정을 수행했다. Macquarie의 Yi-Jen Lai 박사는 다음과 같이 말했습니다 : "우리는 두 개의 중요한 날짜를 발견했습니다 : 4,558.5 년과 4,5259 만 년 전, 우주 충돌과 충돌로 인한 초기 지각 형성과 금속 규산염 혼합에 관한 것입니다." 연구자들은이 두 가지 중요한 새로운 시점에 대한 새로운 치고타적인 설명을 제안합니다. 새로운 모델에서, Vesta가 이미 서로 다른 외피, 맨틀 및 코어 층으로 구분 된 후에, Vesta의 약 1/10 크기 인 또 다른 소행성이 충돌하여 북반구의 대규모 파괴를 일으켰습니다. Vesta의 세 층 모두로 구성된이 충격으로 인한 파편은 Vesta의 남반구에 붙어있어 NASA의 Dawn 우주선이 Vesta의 남극에서 발견 한 두꺼운 지각 을 설명합니다 . 새로운 모델은 Vesta의 독특한 모양과 Vestan 운석에있는 맨틀 미네랄 감람석의 부족을 성공적으로 설명합니다. 팀은이 개념이 다른 행성 기관에 적용되어 그 역사를 재구성 할 수 있다고 믿는다. 추가 탐색 mesosiderite 지르콘의 연구는 베스타가 매우 큰 암석에 부딪쳤다는 것을 암시합니다 자세한 정보 : Makiko K. Haba 외. 히트 앤 런 충돌에 의한 소행성 4 베스타의 메소 시드 라이트 형성, Nature Geoscience (2019). DOI : 10.1038 / s41561-019-0377-8 저널 정보 : Nature Geoscience Macquarie University에서 제공
https://phys.org/news/2019-07-asteroid-vesta-cosmic-hit-and-run-collision.html
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
.곤충 달걀의 형태와 기능에 관한 새로운 아이디어로 큰 데이터 도구의 생성
하바드 대학교의 클레어 사이먼 (Clea Simon) 크레딧 : CC0 공개 도메인, 2019 년 7 월 4 일
때로는 오래된 가설을 반박하는 것이 새로운 것을 입증하는 것만큼이나 중요합니다. Nature 지에 실린 새로운 논문에서 Cassandra G. Extavour는 두 가지 작업을 모두 수행하면서 유사한 대형 데이터 연구가 진행될 수있는 도구를 만드는 데 도움을줍니다. "곤충 알의 크기와 모양은 발달 속도가 아닌 생태계로 진화합니다"라고 유기체 및 진화 생물학 교수이자 분자 생물학 교수 팀은 거대한 데이터 세트를 분석하여 곤충의 알에 대한 검증되지 않은 가정을 밝혀 냈습니다. 지구상의 동물 종의 대다수. "다른 수의 동물을 모두 계산하면 곤충이 80 %가 넘습니다."라고 Extavour가 말했습니다. "그러나 당신은 종의 수, 생물의 수, 지구의 생체량을 측정하고 싶습니다. 그것은 절지 동물입니다." 수년에 걸쳐 곤충 알 과 다른 동물의 알 수없는 생각 이 계속 유지되도록 허용되었습니다. 예를 들어, 널리 알려진 가정은 특정 크기의 계란 모양 만 존재할 수 있다는 것을 의미하는 보편적 인 스케일링 법칙이 있다는 것입니다. 다른 가설들은 난형과 크기를 특정 생물학적 과정과 연관 짓기 위해 노력했다. 예를 들어, 큰 몸체에서 쉽게 밀어 내기 위해 길어지는 경향이있는 큰 알, 또는 더 오래 걸리는 더 큰 알은 성장하는 데 더 오래 걸린다. 그녀의 토착 토론토에서의 학부 과정 이래로 동물 개발 에 초점을 둔 Extavour의 경우 , 이것은 중요한 출발점이었습니다. "우리는 데이터를 보았을 때 이러한 대중적인 가설 중 일부가지지를 받았는지 여부를 물었고, 빠른 답변은 그렇지 못했다"고 말했다. 모든 곤충에 걸쳐 그들은 보편적 인 스케일링을 발견하지 못했고 특정 모양의 알을 특정 크기로 제한하지 않았으며 큰 알이 자라기까지 오랜 시간이 걸리지 않았다. 관련 곤충이 유사한 알을 낳기는하지만 Extavour가 말했듯이 유전 적 유사성에 대한 아이디어조차도 "취약합니다." 이러한 결과만으로도 획기적인 결과라고 동료들은 전했다. "나는 거의 상관 관계가 존재하지 않는다는 사실에 놀랐다."라고 Cologne 대학의 Siegfried Roth 교수는 말했다. "관측 결과에 따르면 제약 조건이 거의 없다는 것, 즉 발달의 양상과 속도를 난자의 특정 크기와 모양에 연결시키는 내재적 인 물리적 법칙이 거의 없다는 것을 시사한다. 이러한 가설들을 반증하는 것 외에도, Extavour는 곤충의 서식지 나 알을 낳는 곳과 같은 다른 고려 사항들이 이전에 생각했던 것보다 더 큰 역할을한다는 것을 발견했습니다. 이러한 요소들은 생태계로 모아서 부모 곤충의 계보 계보보다 더 중요하게 보일 수 있습니다. "잠자리와 모기는 서로 가장 가까운 친척이 아닙니다."라고 Extavour는 말했습니다. 그러나 물속에 알을 낳는 잠자리는 다른 잠자리의 것보다 작고 둥글며, 모양과 크기가 모기와 비슷합니다. 수중에 서식하는 곤충은 실제로 전혀 관련이 없다고 Extavour 씨는 말했다. "그렇지만 그들은 둘 다 서로 독립적으로 진화 한 것과 같은 행동을합니다. "배아를 연구하는 발달 생물 학자로서 나는이 사실을 매우 흥미롭게 느낀다"라고 그녀는 말했다. Extavour는 DNA의 발현과 배아 세포의 발달에 초점을 맞춘 연구를 통해이 연구가 그녀에게 앞으로 나아갈 길이라고 보여주고 있습니다. "이것은 계란의 모양과 크기가 난자 내부에서 일어나는 배아 발달에 어떻게 영향을 미칠지에 대한 가설을 검증하는데 사용할 수있는 구체적인 데이터를 제공합니다." 많은 양의 데이터를 검사하기 위해 실험실에서 개발 한 최첨단 도구를 통해 의심 할 여지없이 다른 사람들을 도울 수 있습니다. Extavour는 메리 시어스, 비교 동물학 박물관의 Ernst Mayr 도서관의 공공 서비스 담당 책임자와 그녀의 직원에게 초기 단계를 알려 줬다. 팀원들은 지난 300 년 동안 3,000 가지 이상의 논문을 찾고 디지털화하여 수세기 전에 작성된 노트와 그림을 디지털 검색 데이터로 변환했습니다. Church, Donoughe 및 Medeiros (논문의 공동 저자)가 만든 소프트웨어를 사용하여 "달걀 크기"또는 "달걀 모양"과 같은 용어를 찾아서 곤충 달걀을 지칭하는 약 1,700 개의 논문을 찾았으며 그 결과 팀은 약 1 만개의 측정 값을 추려 냈다. 그 중 일부는 18 세기에 수작업으로 행해졌 다. 수동으로 검증 된이 엄청난 양의 데이터 수집 덕분에 Extavour는 더 큰 문제를 볼 수있었습니다. "곤충들이 진화 적으로 어떻게 서로 관련되어 있는지를 확증했기 때문에, '모든 딱정벌레 달걀은 같은 모양이나 크기입니까?'와 같은 질문을 할 수 있습니다. 또는 '나비 달걀 은 너무나 모양이 좋은 경향이 있습니까?' "그녀는 말했다. "그게 우리가 문제에 어떻게 대처했는지, 그리고 그 문제를 해결하기 위해 정보를 수집 한 방법이었습니다." 이 연구는 이메일을 통해 독일 쾰른에있는 맥스 플랑크 연구소 (Max Planck Institute)의 비교 개발 및 유전학 부서의 책임자 인 Miltos Tsiantis가 지적한 바와 같이 흥미롭고 철저하며 생각을 자극하는 작품입니다. "Extavour와 동료가 만든 데이터베이스는 커뮤니티를위한 중요한 자원이 될 것입니다."
추가 탐색 연구원들은 배아 세포 형성과 관련된 유전자가 처음 생각한 것보다 훨씬 오래되었음을 발견했다. 더 많은 정보 : Samuel H. Church et al. 곤충의 알의 크기와 형태는 생태계와 함께 발생하지만 발달 속도는 아닙니다 ( Nature (2019)). DOI : 10.1038 / s41586-019-1302-4 저널 정보 : 자연 하버드 대학교에서 제공
https://phys.org/news/2019-07-creation-big-tool-ideas-function.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
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