生物学者はフルーツフライを持っています。植物にはクロークがあります。神経科医には丸いワームがあります。これらはモデル生物です。これらの各地域の科学者が、世界の他のほとんどすべての植物や動物を理解するために研究する植物と動物です。
たとえば、1990年代に、Viktor AmbrosとGary Ruvkunは、丸い悪魔でmiRNA（miRNA）と呼ばれる新しいRNA型を発見しました caenorhabditis elegansmiRNAが遺伝子を調節し、人々を含むすべての生物の特定の生理学的プロセスを許可することを特定する分野 – 正しく機能するために、アンブロスとヘリングは2024年にノーベル薬賞を受賞しました。
同様に、組換えDNAを研究している科学者 大腸菌毒性にはラットがあり、解剖学者にはダニオ魚があり、肝炎を研究する人はマカク – ライススなどを持っています。
凝縮物質を持つ物理学の精神で、ISINGモデルにはあります。
シンプルで強力なモデル
ドイツの物理学者エルンストISINGは、博士号のリーダーであるウィルヘルムレンツの提案の後、1924年にISINGモデルを作成しました。 ISINGモデルは、さまざまな種類のユニットが相互作用するシステムの参加に問題を解決する簡単な方法を提供します。
たとえば、チャンバーに挟まれた数百万の水素原子からのガスがあり、磁場が使用されています。ガスエネルギーがどれだけ変化したかを知る必要があります。これらの各原子は小さな磁石のように見え、北極（または南極）を持っているため、何らかの方向を示しているため、原子のネットとして表すことができます。
↑↑↓↑懲「「」ヒ」「「」「」荒ヒ表示表示
…ここで、↑は「北が示す」を意味し、↓は「北は下に示す」と意味します。これは、ISINGモデルのメインコピーです。 2つの隣接する原子↑↓または↓↑（反認証）、これにはエネルギーXが伴い、↑↑または↓の場合、エネルギーYが必要です。したがって、グリッド全体に沿ってxとyのさまざまな値を評価し、一般的なエネルギーをすばやく計算するための単純な数学的方法があります。
ISINGモデルは、金属や合金の磁気や原子の動きなど、さまざまな条件で多くの固体と液体の特性を理解するために使用されました。科学者はまた、それを使用して、土地利用の変化、家族や宗教コミュニティの意見の流れをシミュレートするだけでなく、神経ネットワークを理解し、現代の人工知能（AI）の基礎を確立しました。このような作業は、昨年のノーベル物理学賞のシェアであるアメリカの物理学者ジョン・ホップフィールドが獲得しました。
二重の通りではありません
しかし、ISINGモデルを使用することの優れた適用性とシンプルさのために、多くの自然システムもあり、そのダイナミクスはキャプチャしません。これは残念です。システムの重要なクラスの1つは、効果の方向が重要であることです。たとえば、ホップフィールドを開発した最初のニューラルネットワークでは、ネットワーク上の2つのノード間の接続の任意の方向に情報が流れる可能性があります。しかし、直接通信のニューラルネットワークと呼ばれる後続のバージョンでは、情報はノードAからノードBにのみ進むことができ、BからAに続くことができました。そのようなネットワークは、作成およびメモリモデルの作成に重要でした。
で公開された新しい研究 物理的なレビューレター 私は、古典的なISINGモデルの新しい形式を導入しました。これにより、不合理な相互作用をオンにすると、一方的なネットワークの多くの特性を再現できます。その結果、新しいモデルは、ソーシャルネットワーク、政治戦略、環境ダイナミクスなど、より広範な実際のシステムをシミュレートできます。
科学者は、このシステムがさまざまな規模でどのように機能するかを説明するために必要なルールの最も単純なセットを理解するためのモデルを開発しています。 「これはミニマリストですが」と研究者は記事に書いています。新しいモデルには、「人間の脳のモデル、意見のダイナミクス、…およびマイクロメカニカルオシレーターに生じる機能が含まれています。」これは、これらの機能の特性をモデルを使用して研究できることを意味します。
研究者は、Yael Avni、David Martin、Daniel Sira、およびEspci ParisのMichelle FrushartのMichelle Frushartです。
システムに非現実的な相互作用がある場合、これは2つのコンポーネント間の関係が非対称であることを意味します。たとえば、原子Aの方法は原子Bに影響し、原子Bが原子Aに影響するのと同じではありません。このような相互作用は、神経生物学、生態学、活性物質を含む現実の世界で一般的です。
たとえば、政党などの階層ネットワークでは、党員はリーダーの決定の影響を受けますが、リーダーはメンバーの決定に影響しません。生物学では、寄生虫の人口は所有者の井戸の存在に影響を与える可能性がありますが、フィードバックはそうすべきではありません。同様に、パワーグリッドは、パワーフローの調整、誤動作の検出、変電所間の更新を送信するなど、ネットワークの小さな部分を制御するために一方的な信号を使用していることがよくあります。これらのシステムのいずれかの動作を理解するために、物理学者とエンジニアは、非対称の関係の影響を予測する可能性のあるモデルを必要とします。
不確実なシステムは、限られたサイクルと呼ばれる現象も示すことがよくあります。システムに変化が広がるため、システム全体が安定して、振動の時間に依存します。 ISINGの新しい非エート語モデルなどのモデルは、それらが時間の経過とともにどのように発達するかを理解するために必要です。
2つのルールと1つの条件
新しい研究では、研究者は2種類の原子、PとQを使用して保護されていないモデルを開発しており、それぞれが↑または↓である可能性があります。これらの原子は、2つの次元の1つ、もう1つは2つの次元にある2つのネットにあります。両方のネットは2つのルールに従います。
（i）QSの横にあるPSおよびQSの横にあるPSは、原則として整合しています。これは、時間が経つにつれて、PSとQSが単一のレベリングの島を形成できることを意味します。
（ii）pがqの隣にある場合、pはq（↑up↑または↓に↓）を調整しようとします。それにもかかわらず、Pの隣のQは、Pで違法になる傾向があります（↑to↓または↓から↑）。これは非パフォーマンスの相互作用です。
ISINGの逆モデルでは、隣接する原子は↑↓または↓↑xのエネルギーを伴い、↑または↓子犬であることはyエネルギーを伴います。これは、システムの総エネルギーがXとYの特定の組み合わせになることを意味します。彼が1980年代にニューラルネットワークを作成したとき、システムの総エネルギーは低くなりました。このエネルギーを最小化すると、ネットワーク上のすべてのノードは、特定のテンプレート↑および↓に落ち着きました。
同様に、新しい研究では、研究者がPSおよびQSルールを提供しました。グリッドの総エネルギーを最小化する代わりに、各PまたはQは独自の「利己的なエネルギー」を最小限に抑える必要があります。
グリッドで見る
この非現実的なモデルの特性は、それらが何であれ、実際の設定についても教えてください。たとえば、同じように構築されています。たとえば、政党や寄生虫や生態系で相互作用するホストに流れる情報です。それで、研究者は何を見つけましたか？
第一に、彼らはいつでも、非認証ISINGモデルには3つの段階のいずれかを持つことができることがわかりました。ランダム、↑Sと↓Sはランダムに配置されているため、一般的な「順序」があります。 ↑sと↓Sが固定された場所である場合に順序付けられましたが、これは変更を維持しません。そして、どのような種類のタイプが時計のように時間の経過とともに交互に並ぶ最大の順序PSまたはQS-ITを持っている交換段階。
3Dの保護されていないISINGモデル。ここでは、2つの特定の状態に示されています。青い点は条件を示しています↑これを示し、シェードはY.軸に沿ったポイントの深さを示しています|提供された写真：Arxiv：2409.07481v2
研究者はまた、モデルの2Dバージョンと3Dバージョンの間に重要な違いを発見しました。 2Dでは、順序付きフェーズとスワップフェーズの両方が抑制され、3Dフェーズでは安定した状態を達成することができました。
（で発表された同じ研究者グループの別の記事によると 物理レビューeスワップの3Dファッセは、時間の結晶の特性を持っていました。これは驚くほど奇妙です。時間結晶は、材料に安定した振動状態を持つ物質の珍しい状態です。）
最後に、研究者たちは、PSとQSの間に何らかの形で非対称性を導入した場合、たとえば、↑から↓またはその逆に変わった速度が2Dセットで安定することができることを発見しました。
豊富なアプリケーション
ISINGモデルとITのさまざまな変化は、凝縮物質の物理学の研究に革命を起こし、しばしばあいまいな心臓にある単純なルールを明らかにしているようです。非パフォーマンスの相互作用を含むISINGモデルを拡大すると、新しい研究の背後に立っている研究者は、科学分野の大規模なドメインにモデルの有用性を拡大しました。
新しいモデルで見つかった位相遷移は、これらの領域でこれまでのところ認識されていないダイナミクスを特定できるようになりました。
また、結果は、生物系におけるリズミカルな活動を理解し、水に浮かぶ細菌、空の魅力的なパターンのヘッド、さらには微視的なロボットなどのいくつかの機能を実行する合成の「アクティブ材料」を設計する潜在的な用途があります。
公開 – 2025年5月20日05:30 IST
