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这里有足够的空间：生物系统作为进化的、超载的、多尺度的机器
摘要：计算模型在生物世界中的适用性是一个活跃的辩论话题。我们认为，放弃类别之间的严格界限并采用依赖于观察者的务实观点是一条有用的前进道路。这种观点消除了由人类认知偏见（例如，过度简化的倾向）和先前的技术限制所驱动的偶然二分法，转而支持更连续的观点，这是进化、发育生物学和智能机器研究所必需的。形式和功能在自然界中紧密交织在一起，在某些情况下，在机器人技术中也是如此。因此，为生物医学或生物工程目的重塑生命系统的努力需要在多个尺度上预测和控制它们的功能。这很有挑战性，原因有很多，其中之一是生命系统在同一时间在同一地点执行多种功能。我们将其称为“多计算”——同一基质同时计算不同事物并将这些计算结果提供给不同观察者的能力。这种能力是生物体是一种计算机的重要方式，但不是我们所熟悉的线性、确定性计算机；相反，正如快速增长的物理计算文献所报道的那样，生物体是广义上的计算机，即它们的计算材料。我们认为，以观察者为中心的框架来处理进化和设计的系统所执行的计算将提高对中尺度事件的理解，就像它在量子和相对论尺度上已经做到的那样。为了加深我们对生命如何进行多计算以及如何说服它改变其中一个或多个功能的理解，我们可以首先创建多计算技术并学习如何改变它们的功能。在这里，我们回顾了生物和技术多计算的例子，并提出了这样一种观点：在同一硬件上重载不同的功能是一种重要的设计原则，有助于理解和构建进化和设计的系统。学习破解现有的多计算基底以及进化和设计新的基底将对再生医学、机器人技术和计算机工程产生巨大影响。
光合能转换过程从电子到单元尺度的多尺度建模和电影可视化
将阳光转化为化学能，即光合作用，是地球上生命的主要能源。基于从电子到细胞量表的多尺度计算模型的可视化形式，以fulldome show earl the planet earth的诞生的摘录形式提出。这种可访问的视觉叙述显示了外行观众，包括孩子，如何通过一系列蛋白质捕获，转换和存储阳光的能量，从而使活细胞捕获。可视化是生物物理学家，可视化科学家和艺术家之间多年合作的结果，而这反过来又基于在结构和功能建模上进行了长达十年的实验计算合作，从而产生了对细菌性生物概念性细菌性生物概要细胞器的原子细节描述。该项目需要进行的软件进步导致了大量的性能和功能进步，包括硬件加速的电影射线跟踪和实例可视化，以进行有效的单元格式建模。所描述的能量转换步骤具有从电子到单元水平的功能整合，涵盖了近12个数量级的时间尺度。此原子细节描述独特地使人对人类最早的故事之一的现代重述 - 光与生命之间的相互作用。
工程尺度的多孔媒体流量实验...
本技术说明描述了流体流体概念，这是一种用于地质碳储存研究的新实验室基础设施。高度控制且可调的系统可为模型验证，比较和预测提供了惊人的视觉物理基础真理，包括详细的物理研究二氧化碳的行为和储存机制及其在相关地质环境中用于地下碳存储的衍生物形式。描述了设计，仪器，结构方面和方法论。此外，我们在多孔媒体中共享有关构建，操作，流体注意事项和流体重置的工程学见解。新的基础设施使研究人员能够研究重复的CO 2注射之间的可变性，从而使Fluidflower概念成为敏感性研究的合适工具，可用于确定不同地质形成中碳存储参数的范围。
语言时间尺度的皮质表征在阅读和听力之间共享
自然语言理解被认为涉及将低级感官表征整合到越来越高级的表征层次中。为了研究人类大脑是否使用相同的通路来整合书面语言和口语，我们测试了这种层次结构的大脑表征是否在书面语言理解和口语理解之间共享。语言层次结构的不同级别在操作上被定义为时间尺度，其中每个时间尺度指的是语言刺激的频谱成分，这些成分在一定数量的单词中变化。体素编码模型用于确定不同语言时间尺度在大脑皮层中的表征方式，针对每种模态分别进行。编码模型是使用 fMRI BOLD 数据估计的，这些数据是在参与者阅读和聆听每种模态中的同一组自然语言叙述时记录的（ Huth 等人，2016 年；Deniz 等人，2019 年）。这些模型揭示了两种模态之间皮层表面语言时间尺度表征的拓扑组织高度相似。我们的结果表明，大脑对语言时间尺度的表征很大程度上与刺激方式无关。
利用亚核尺度的量子信息探索量子理论的极限
量子力学是 20 世纪最成功的科学理论之一，它忠实地模拟了微观世界的现象。其最显著的特征——纠缠 [1] 和波粒二象性 [2]——的体现需要精确准备系统的状态并检测单个粒子。基于电磁相互作用的量子工程合适设备最近才出现。在理论方面，精确控制量子态的可能性催生了量子信息理论 [3]。将纠缠和相干性视为资源 [4] 引发了诱人的技术前景，包括量子计算 [5]、量子密码学 [6] 和量子传感 [7]。与此同时，量子场论源于量子力学与狭义相对论 [8] 的统一。它是粒子物理学标准模型的核心，为研究高能现象提供了极其精确的框架。量子理论的巨大成功引发了人们对其普遍性和有效性极限的质疑。是否存在一种违背基本量子原理的“后量子”理论？如果是这样，它将在哪种物理状态下显现？这些问题已从许多不同的角度展开。其中之一，早在 1960 年由路易·德布罗意 [9] 概述，假设对薛定谔方程进行非线性修正 [10, 11]，可能还修改了玻恩规则 [12, 13]。一类相关的理论寻求量子波函数坍缩背后的客观机制 [14]。最近发展出的一种独特策略基于非局域关联的可能性，这种关联比量子力学预测的关联更强 [15, 16, 17, 18]。然而，还有一条不同的路线，即从纯操作的角度将量子理论公理化，这开辟了一个更广泛的所谓广义概率理论框架（见 [19] 及其参考文献）。通常人们认为，如果有任何偏离标准量子理论的东西，那么它们可能与引力场的性质有关 [14]。这一假设指向两个有趣的物理区域。第一个区域由普朗克长度 1.6·10-35 m 量级的极短距离或普朗克能量 1.2·1019 GeV 左右的极大能量决定 [20, 21, 22]。第二种区域涉及尺寸 ≳10-6 m 和质量 ≳106 GeV/ c2 的宏观物体的量子叠加 [14, 23]。迄今为止，尚未有任何探索这两个领域的实验暗示出任何超越标准量子理论的新物理学[24, 25, 26]。
考虑多个时间尺度的储能组合优化规模
摘要 — 能源存储很可能在主要依赖可再生能源发电的未来电力系统中发挥关键作用。适当确定能源存储系统的规模对于可靠的未来电力系统至关重要。目前存在多种能源存储技术，每种技术都适合在不同的时间尺度上存储能源。有必要共同优化所有能源存储技术，以确保有足够的发电量来利用所有设备。这需要同时考虑短期和长期尺度。本文提出了一种随机优化算法，用于确定在各种时间尺度上运行的能源存储技术组合的规模。其应用以英国输电水平需求为例进行了演示，但可再生能源的规模已扩大到满足大部分能源需求。索引术语 — 能源存储、优化、电力系统规划、电力系统可靠性、随机系统
预测季节性（S2S）时间尺度的全球火灾排放
气体和气溶胶的抽象火排放会改变大气组成，并对气候，生态系统功能和人类健康产生重大影响。在建立景观中，温暖的气候和人类的扩张加剧了影响的影响，并呼吁更有效的管理工具。在这里，我们开发了一个全球预测系统，该系统使用过去的数据和气候变量预测每月排放，以1到6个月的时间为1到6个月。使用来自全球火灾排放数据库（GFED）的每月发射作为预测目标，我们将拟合一个统计时间序列模型，即具有外源变量（ARIMAX）的自回归积分移动平均模型，超过1,300个不同的区域。然后使用优化的参数预测未来排放。预测系统考虑了有关区域季节性季节性，长期趋势，最新观察以及代表大规模气候变化和当地风险天气的气候驱动因素的信息。我们通过预测因子和预测提前时间的不同组合对系统的预测技能进行了验证。参考模型将内源性和外源性预测因子与1个月的预测提前时间相结合，解释了全局发射异常的可变性的52％，大大超过了在预测期间假定持续排放的参考模型的性能。该系统还成功地解决了具有显着活动的区域中的详细空间模式。普通语言摘要全球火风险预计将来会增加，并且需要有效的预测和管理工具。这项研究弥合了近现场预测的努力与季节性前景的努力之间的差距，并代表了建立全球运营，烟雾和碳循环预测系统的一步。在这里，我们开发了一个统计预测系统，该系统可以预测1到6个月的销售时间的全球发射。建模系统认识到许多地区的未来活动与前几个月以及气候变量有关。通过比较预测的结果与观察结果，我们表明我们的建模系统在繁殖了发射的时间和空间变异性方面表现出色。我们认为，该系统可以集成到全球运营，烟雾和碳预测系统中，以更好地预测季节性至季节性时间尺度上的高火和低火的时期。
评估十年尺度的侵蚀
河口海滩是随处可见但研究不足的沿海系统。混合流体动力学过程（例如潮汐和波浪强迫）以及相邻沉积特征（例如涨潮三角洲 (FTD)）的影响导致复杂的形态动力学过程。因此，人们对这些重要沿海系统的动态和演化了解甚少。本研究综合了在澳大利亚东南部河口海滩进行的一系列跨多个时间尺度的分析。测量了近岸波浪和洋流，并利用它们确定了 2007 年至 2010 年间导致海滩季节性变化到年度变化的过程。将这些结果与 1963 年至 2006 年航拍照片确定的十年尺度海滩变化进行了比较。我们发现，向内河口西输送沉积物是主要的近岸过程，导致海滩东部地区（靠近河口入口）受到侵蚀，西部地区在一年的时间尺度上发生淤积。冬季风暴潮期间，沿岸沉积物发生输送，导致更多暴露地点受到侵蚀，受保护区域出现有限的淤积，这很可能是由于洪水潮汐三角洲的沉积物输入造成的。然而，蔓延到河口的严重风暴潮事件导致整个海滩的沉积物流失和侵蚀，在研究期间没有恢复。短期至中期（几天到几年）分析中观察到的侵蚀过程很可能是导致航空照片记录中观察到的长期海岸线后退的条件。自 1963 年以来的长期海岸线后退可能是由于 FTD 移动导致的负沉积物平衡和浅滩湾东部地区缺乏沉积物输入造成的。除非海洋来源的沉积物输入增加或海岸线干预措施持续，否则海岸线后退可能会持续下去。
爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论和亚核子尺度的量子纠缠
1935 年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森 (EPR) 提出了一个量子理论悖论 [ Phys. Rev. 47 , 777 (1935) ]。他们考虑了两个量子系统，最初允许它们相互作用，后来它们分离。对一个系统进行的物理可观测量必须立即影响另一个系统中的共轭可观测量 — — 即使两个系统之间没有因果关系。作者认为这是量子力学不一致性的一个明显表现。在 Bjorken、Feynman 和 Gribov 提出的核子部分子模型中，部分子（夸克和胶子）被外部硬探针视为独立的。标准论点是，在被提升到无限动量框架的核子内部，在硬相互作用过程中，具有虚拟性 Q 的虚拟光子探测到的部分子与核子的其余部分没有因果关系。然而，由于色限制，部分子和其余核子必须形成色单重态，因此必须处于强关联量子态——因此我们在亚核子尺度上遇到了 EPR 悖论。在本文中，我们提出了一种基于部分子量子纠缠的解决这一悖论的方法。我们设计了一种纠缠实验测试，并使用大型强子对撞机的质子-质子碰撞数据进行测试。我们的结果为亚核子尺度上的量子纠缠提供了强有力的直接指示。
1.1 微电子器件向纳米尺度的进展
2024 年 7 月 6 日 — Gargini，“维持摩尔定律——微电子学、纳米电子学及其他”。ISO focus，第 28-30 页，2007 年。[10] F. F. Sizov，“红外探测器：展望与...