과학자들은 진화에 대한 새로운 이론인 '기능 정보'를 제안합니다. 이 이론은 선택 과정이 복잡한 시스템의 진화를 추진하며, 생물학에 국한되지 않고 광물, 원소, 심지어 우주 전체에도 적용될 수 있음을 시사합니다. 이 진화는 항상 점진적인 것이 아니라, 생물 진화사의 중요한 전환점처럼 도약적으로 일어나기도 합니다. '기능 정보' 개념은 우주의 복잡성 기원과 생명 진화의 방향성을 이해하는 데 새로운 관점을 제공하며, 우주생물학, 종양학 등 분야의 연구에 새로운 길을 열어줍니다.
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수십 년 동안 물리학자들은 기본 입자가 보손과 페르미온 두 종류뿐이라고 생각해 왔습니다. 이러한 믿음은 주로 DHR 정리와 그 전제에 기반합니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 3차원 공간에서 '파라입자'라고 불리는 세 번째 종류의 입자가 존재할 가능성이 제시되었습니다. 이 입자들은 입자가 위치를 바꿀 때 변하는 숨겨진 내부 상태를 가지고 있으며, 그 변화는 측정 시 사라집니다. 이 발견은 기존의 양자 이론에 이의를 제기하며 양자 컴퓨팅과 응축 물질 물리학 연구에 새로운 길을 열어줍니다.
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단세포 RNA 시퀀싱을 사용한 새로운 연구에 따르면, 조류와 포유류의 뇌 구조에 놀라운 유사성이 있지만, 진화 경로는 다릅니다. 과학자들은 오랫동안 신피질이 없는 조류가 복잡한 인지 능력을 갖는 것을 의문으로 여겨왔습니다. 이 연구에서는 조류의 배측실조(DVR)가 기능적으로 포유류의 신피질을 반영하지만, 그 발생 과정, 세포의 종류, 발생 시기가 크게 달라 공통 조상으로부터의 유전이 아니라 독립적인 진화를 시사하는 것으로 나타났습니다. 이는 뇌 진화에 대한 기존의 생각을 뒤집고, "최적의 지능"에 대한 우리의 이해가 너무 좁을 수 있음을 시사합니다.
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두 명의 수학자가 일반적인 기하학적 객체를 더 단순하고 대칭적인 객체로 변환하는 과정인 평균곡률 흐름에서 특이점 형성에 관한 오랜 수학적 문제였던 일마넨의 일중성 추측을 증명했습니다. 곡면을 서로 다른 영역으로 영리하게 분해하고 그 사이의 '분리 함수'를 분석함으로써 복잡한 특이점은 발생하지 않으며, 평균곡률 흐름은 거의 항상 점으로 수축하는 구체 또는 선으로 붕괴되는 원기둥이라는 두 가지 간단한 유형으로 이어진다는 것을 보여주었습니다. 이 획기적인 성과는 기하학 및 위상수학 연구에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, 스메일 추측과 같은 중요한 문제의 증명을 단순화할 수 있습니다.
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새로운 연구는 노르에피네프린, 혈관 운동, 뇌척수액 흐름 사이의 연관성을 시사하며, 이는 수면 중 뇌의 '세척' 과정에 중요한 역할을 하는 것일 수 있습니다. 연구원들은 마우스의 노르에피네프린 수치와 혈관 활동을 조절하여 뇌척수액 흐름의 변화를 관찰했습니다. 그러나 이 연구는 비판에 직면했는데, 데이터보다 해석이 많다는 의견이나, 액체의 움직임이 단순한 확산 때문이라는 의견이 있습니다. 논란이 있지만, 이 연구는 수면 중 뇌 노폐물 제거 메커니즘에 대한 이해에 새로운 관점을 제시하고, '글림파틱 시스템'에 대한 추가 연구를 촉구하고 있습니다.
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300년 전, 아이작 뉴턴은 함수의 최솟값을 찾는 알고리즘을 개발했습니다. 현재 프린스턴 대학교의 Amir Ali Ahmadi와 그의 학생들은 이 알고리즘을 개선하여 더 넓은 범위의 함수에 효율적으로 대처할 수 있도록 했습니다. 이 획기적인 연구는 고차 도함수를 사용하고 테일러 전개를 영리하게 볼록한 제곱합 형태로 변환하여 기존의 경사 하강법보다 빠른 수렴을 달성합니다. 현재 계산 비용이 높지만, 미래의 컴퓨팅 기술 발전을 통해 이 알고리즘은 기계 학습과 같은 분야에서 경사 하강법을 능가하여 최적화 문제에 대한 강력한 도구가 될 수 있습니다.
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획기적인 연구에 따르면 세포핵은 다른 세포 영역과는 다른 독특한 대사 구획이며, 유전자 발현과 세포 운명에 중요한 역할을 합니다. 연구진은 세포핵 내 대사 효소가 영양소 이용 가능성에 따라 변화하는 히스톤 아세틸화와 같은 후성유전학적 마커를 역동적으로 조절한다는 것을 발견했습니다. 초기 배아 발생에서 세포핵의 대사 활동은 세포 분화에 필수적이며, 알파-케토글루타르산과 같은 대사물질은 줄기세포 분화와 암 억제 모두에서 중요한 역할을 합니다. 이 발견은 암 치료에 새로운 길을 열어주고, 세포 대사를 조절함으로써 세포 운명을 바꾸고 비정상적인 세포 분화로 인한 질병을 치료할 수 있는 가능성을 시사합니다.
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최근 두 개의 독립적인 우주학자 팀이 우주의 팽창을 가속화하는 신비로운 힘인 암흑 에너지가 약해지고 있을 가능성을 시사하는 증거를 발견했습니다. 이는 이전 모델과 모순되며 수백만 개의 은하 관측을 기반으로 합니다. 이 발견의 신뢰도는 데이터 양이 증가함에 따라 높아지고 있습니다. 만약 이것이 확인된다면 우주의 최종적인 운명에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것이며, 아인슈타인의 중력 이론 수정이나 새로운 물리학의 도입이 필요할 수도 있습니다. 이는 암흑 에너지가 공간 자체의 에너지라는 일반적인 생각에 이의를 제기하며, 우주에 알려지지 않은 구성 요소나 입자가 존재할 가능성을 시사합니다.
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구글 양자 AI 팀은 광범위한 최적화 문제 해결에 있어 기존의 고전 알고리즘들을 모두 능가하는 새로운 양자 알고리즘인 DQI(Decoded Quantum Interferometry)를 개발했습니다. 이 알고리즘은 특정 문제를 위한 것이 아니라, 문제를 양자파로 변환하고 디코딩 기술을 적용하여 최적의 해결책을 찾는 방식입니다. 실험적 검증을 위한 충분한 양자 하드웨어가 부족하고, 향후 경쟁력 있는 고전 알고리즘이 등장할 가능성이 있지만, DQI는 최적화 문제에서의 잠재적 우위와 코딩 및 암호화 분야의 응용 가능성으로 인해 양자 컴퓨팅 커뮤니티에서 큰 주목을 받고 있습니다. 양자 알고리즘 분야의 중요한 돌파구로 여겨지고 있습니다.
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수학자 왕과 자흘은 푸리에 변환과 깊이 관련된 오랜 난제였던 3차원 카케야 추측을 해결했습니다. 그들의 증명은 '꿈의 탑'을 쌓는 것에 비유되며, 조화 해석에서 서로 연관된 일련의 문제들을 해결했습니다. 영구 기관을 완성하는 것과 유사한 그들의 독창적인 방법은 반복적으로 경계를 개선하여 3차원 해결책에 도달했습니다. 이 획기적인 성과는 고차원 문제에 접근하는 길을 열었으며, 이 분야의 중요한 발전을 보여줍니다.
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라플라스의 악마는 우주의 미래를 예측할 수 있을까? 양자 역학, 혼돈 이론, 그리고 최근의 '결정 불가능성'에 대한 연구는 그 답이 아니라는 것을 시사한다. 완벽한 정보가 있다 하더라도 특정 물리 시스템의 미래는 예측 불가능하다. 이 글에서는 크리스 무어가 설계한 핀볼 머신을 예로 들어 결정 불가능성을 명확하게 설명한다. 이는 혼돈을 넘어선 개념으로, 무한한 계산 능력을 가진 악마조차도 특정 문제를 풀 수 없다는 것을 의미한다. 이 연구는 물리학에서의 지식의 한계를 밝히고 우주의 본질에 대한 이해에 심오한 의미를 지닌다.
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Science Advances에 발표된 연구는 '키스톤 분자' 개념에 대한 설득력 있는 증거를 제공합니다. 생태계의 키스톤 종과 유사하게, 이러한 희귀한 화학 물질은 풍부하지 않더라도 생태계 구조와 종 간 상호 작용에 불균형적으로 큰 영향을 미칩니다. 연구진은 Alderia 해면류에 주목하여 점액에서 alderenes라는 새로운 분자를 분리했습니다. 이 alderenes를 갯벌 생태계에 도입하자 다른 종들의 행동과 전체 서식 환경이 극적으로 변화했습니다. 이 연구는 종종 간과되어 온 먹이 그물에서의 화학적 상호 작용의 역할을 강조하며, 생태계에서 화학 신호 전달의 영향을 탐구하기 위한 새로운 길을 제시합니다.
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이 글은 물리학자들이 블랙홀 특이점 근처의 혼돈 현상을 탐구하는 여정을 보여줍니다. 1960년대, 미즈너의 "믹스마스터 우주" 모델은 특이점 주변의 시공간의 혼돈적인 변화를 설명했지만, 계산 능력의 한계로 인해 잊혀졌습니다. 최근 새로운 수학적 도구와 향상된 계산 능력을 통해 과학자들은 이 모델을 재검토하여 특이점의 극한 환경 연구를 통해 일반 상대성이론과 양자 역학을 통합하고, 궁극적으로 시공간의 본질을 밝히려고 시도하고 있습니다. 연구자들은 말다세나의 AdS/CFT 대응을 이용하여 단순화된 모델에서 특이점 근처의 혼돈적인 행동을 탐구하여 이전의 단순화된 가정이 타당함을 증명하고, 최종적으로 양자 중력 이론을 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다.
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수학자들은 특수한 유형의 함수인 모듈러 형식이 복소 평면에서의 고유한 변환 특성에서 비롯된 무한한 대칭성을 가지고 있음을 발견했습니다. 이러한 변환은 기본 영역을 평면의 상반부 전체로 복제하고 특정 규칙에 따라 복사본을 연결합니다. 언뜻 보기에는 단순한 기하학적 연산이지만 매우 강력합니다. 헤케의 이론은 모듈러 형식이 특정 공간에 존재함을 밝혀냈고, 이를 통해 정수를 4개의 제곱의 합으로 표현하는 등의 문제에 그 무한한 대칭성을 활용할 수 있습니다. 수열을 생성 함수로 변환하면 함수가 모듈러 형식인 경우 계수를 정확하게 계산할 수 있으며, 이는 무한한 가능성을 열어줍니다. 이는 수학 및 물리학의 많은 문제 해결에 강력한 도구를 제공합니다.
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1970년대에 제기된 유한군과 그 시로 정규화자에 관한 수학적 문제인 매케이 추측이 브리타 슈페트와 미셸 카바네스에 의해 마침내 증명되었습니다. 이 추측은 유한군에 있어 중요한 양이 그 시로 정규화자(훨씬 작은 부분군)에서도 동일한 양이라는 것을 말합니다. 이 증명은 수십 년에 걸친 노력의 결과이며, 100년 이상의 유한군 분류 작업과 리형군의 표현론에 대한 심오한 통찰에 기반합니다. 수학 분야의 기념비적인 성과이며, 군론 연구를 단순화하고 실용적인 응용으로 이어질 가능성이 있습니다.
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컴퓨터 과학자들은 오랫동안 메모리 제약으로 어려움을 겪으며 특정 복잡한 문제를 해결하는 데 어려움을 겪었습니다. "촉매 컴퓨팅"은 이 문제에 대한 획기적인 해결책입니다. 접근할 수 없는 대용량 보조 메모리(거대하고 편집 불가능한 하드 드라이브와 같은)를 교묘하게 활용하여 이 메모리에 가역적인 변경을 가함으로써 화학 촉매처럼 연산 능력을 향상시킵니다. Buhrman과 Cleve에 의해 제안되었고, 이후 확장 및 응용되었습니다. 소프트웨어 엔지니어인 James Cook은 기존에는 풀 수 없었던 트리 평가 문제에 이 기술을 적용하여 그 가능성을 보여주었습니다. 이 연구는 자원 활용에 대한 기존의 이해에 도전하고 더 복잡한 컴퓨팅 문제 해결을 위한 새로운 길을 엽니다.
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60년 동안 수학자들을 괴롭혀 온 ‘움직이는 소파 문제’가 마침내 해결되었습니다! 1960년대, 수학자들은 언뜻 보기에 단순한 기하학 문제를 제기했습니다. 그것은 너비 1단위의 복도를 돌 수 있는 소파의 최대 면적이 얼마인가 하는 문제였습니다. 최근 서울 연세대학교의 Jineon Baek 박사는 119페이지 분량의 논문에서 1992년 Joseph Gerver가 제안한 소파 모양이 최적의 해이며, 그 면적은 약 2.2195임을 증명했습니다. Baek 박사의 증명은 컴퓨터에 의존하지 않고 정교한 수학적 기법을 사용했다는 점에서 주목할 만합니다. 이는 다른 최적화 문제 해결에도 새로운 접근 방식을 제공합니다. 이 결과는 가장 단순한 최적화 문제조차도 놀라울 정도로 복잡한 답을 가질 수 있다는 것을 보여줍니다.
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물리학자 한스 베테는 스핀 체인을 연구하는 과정에서 거의 완벽한 양자 이론인 베테 안자츠를 개발했습니다. 그는 스핀파의 상호 작용을 교묘하게 처리하여 다양한 상태에서의 에너지를 정확하게 계산했습니다. 처음에는 실제 자석을 설명하는 데 실패했지만, 베테 안자츠는 저온의 얼음에서 나타나는 특이한 현상을 설명하는 등 다른 분야에서 그 위력을 발휘했습니다. 베테 안자츠를 사용하여 물리학자들은 실험에서 특정 패턴을 측정할 확률을 정확하게 계산할 수 있었고, 이는 다시 한번 이 이론의 완벽성을 증명했습니다.
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케임브리지 대학교 대학원생 크라피빈과 뉴욕 대학교의 파라크-콜튼, 쿠즈마울은 컴퓨터 과학계의 오랜 믿음이었던 야오의 추측을 뒤엎었습니다. 그들이 개발한 새로운 해시 테이블은 최악의 경우 원소 검색 시간 복잡도가 (log x)²로, 이전 최적 해라고 여겨졌던 x보다 훨씬 빠릅니다. 이 획기적인 연구는 해시 테이블 설계의 고전적인 문제를 해결할 뿐만 아니라 데이터 저장 효율성을 극적으로 향상시켜 학계의 큰 주목을 받고 있습니다.
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1915년에 발표된 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 에너지가 창조되고 소멸될 수 있음을 시사하며 물리학의 기초를 뒤흔들었습니다. 상대성 이론에서 시공간의 변화는 고전적인 에너지 보존 법칙을 깨뜨렸습니다. 이 문제를 해결하지 못한 힐베르트와 클라인은 이를 에미 네터에게 맡겼습니다. 1918년 네터는 두 가지 획기적인 정리를 발표했습니다. 현재 유명한 그녀의 정리는 깊은 연관성을 밝혔습니다. 즉, 모든 보존 법칙은 시스템의 근본적인 대칭성을 반영한다는 것입니다. 이 발견은 양자장 이론의 대칭성 이해에 필수적이며 물리학의 발전에 큰 영향을 미쳤습니다.
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새로운 연구에 따르면 북극 미세조류는 매우 낮은 광량에서도 광합성을 할 수 있으며, 이론적 최소치에 근접한 것으로 나타났습니다. 연구진은 극야가 끝난 직후 조류의 성장을 관찰했는데, 이는 어둠 속에서 저전력으로 작동하다가 빛이 돌아오면 광합성을 신속하게 시작함을 시사합니다. 이 발견은 북극 생태계와 심해 생물에 대한 이해를 바꿀 수 있으며, 생산적인 해양 지역이 기존에 생각했던 것보다 더 깊게 확장될 가능성을 시사합니다.
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우주 마이크로파 배경 복사(CMB)의 미세한 온도 변화는 빅뱅 당시의 양자 요동에서 비롯된 초기 우주의 음파를 보여줍니다. 과학자들은 CMB의 통계적 상관 관계를 분석하여 이러한 “우주의 음표”를 “해독”하고 우주의 위상을 이해하려고 노력하고 있습니다. 놀랍게도 60도를 넘어서면 상관 관계가 사라지는데, 이는 우주의 위상이 특정 파장을 제한하고 있음을 시사합니다. 마치 악기가 특정 음만 낼 수 있는 것과 같습니다. 연구자들은 다양한 위상의 “음표”를 매핑하고 CMB와 은하 분포 데이터를 사용하여 우주의 모양을 찾고 있습니다. 이는 우주 모델 검증과 CMB 이상 현상 해명에 필수적일 수 있습니다.
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수학자들은 힐베르트 10번째 문제의 주요 확장을 해결하여 디오판토스 방정식이 해를 가지는지 여부를 결정하는 것이 광범위한 수 환에 대해 결정 불가능하다는 것을 증명했습니다. 1970년 유리 마티야세비치의 정수 해에 대한 증명을 기반으로, 이 연구는 타원 곡선과 이차 비틀림을 사용하여 비정수 해를 갖는 이전 접근 방식의 한계를 극복합니다. 이 돌파구는 계산 가능성의 한계에 대한 이해를 심화시킬 뿐만 아니라 수학 연구를 위한 새로운 도구도 제공합니다.
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연구자들은 현재 Transformer 기반 대규모 언어 모델(LLM)이 복합적인 추론 작업을 해결하는 능력에 근본적인 한계가 있음을 발견했습니다. 아인슈타인의 논리 퍼즐과 여러 자릿수 곱셈에 대한 실험에서 광범위한 미세 조정 후에도 상당한 결함이 드러났습니다. 이러한 결과는 Transformer 아키텍처가 보편적인 학습에 적합한지 여부에 대한 의문을 제기하며, LLM의 추론 능력을 향상시키기 위한 대체 접근 방식(개선된 훈련 데이터 및 사고 연쇄 프롬프트 등)에 대한 연구를 촉구하고 있습니다.
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획기적인 발견이 해양에서 가장 풍부한 광합성 박테리아인 프로클로로코쿠스를 연결하는 복잡한 박테리아 나노튜브 네트워크를 밝혀냈습니다. 이러한 나노튜브는 작은 다리 역할을 하며 박테리아 세포의 내부 공간을 연결하여 영양소와 정보의 교환을 촉진합니다. 이는 박테리아를 고립된 개체로 간주하는 기존의 견해에 이의를 제기하는 것이며, 이전에 상상했던 것보다 훨씬 상호 연결된 미생물 세계를 보여줍니다. 이러한 상호 연결성은 지구의 산소와 탄소 순환에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
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"도서관 정렬 문제" (또는 "리스트 라벨링 문제"로도 알려짐)에서 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 이 문제는 새로운 항목을 삽입하는 데 필요한 시간을 최소화하기 위해 도서 또는 데이터베이스의 파일을 구성하는 가장 효율적인 방법을 찾는 데 중점을 둡니다. 연구팀은 평균 삽입 시간이 이론적 최적값(log n)에 매우 근접한 새로운 알고리즘을 개발했습니다. 이 알고리즘은 과거 콘텐츠에 대한 제한된 지식과 놀라운 무작위성의 힘을 교묘하게 결합하여 수십 년 동안 지속되어 온 문제를 해결했습니다. 이 연구는 사서뿐만 아니라 데이터베이스 및 하드 드라이브 구성에도 영향을 미치며 데이터 저장 및 검색 효율성을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다.
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19세기에 카를 바이어슈트라스는 수학계에 충격을 준 함수를 발표했습니다. 이 함수는 어디에서나 연속적이지만 어디에서도 미분 불가능하다는 특징을 가지고 있으며, 무한히 톱니 모양으로 생겼습니다. 직관에 반하는 이러한 성질은 미적분의 기초를 뒤흔들었고, 수학자들은 연속성과 미분 가능성을 엄밀하게 재정의해야만 했습니다. 이는 현대 해석학의 발전으로 이어졌습니다. 이 「수학의 괴물」은 이론적 중요성뿐만 아니라, 브라운 운동 등의 분야에서 실제적인 응용도 가지고 있으며, 수학의 무한한 가능성을 보여줍니다.
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신경과학자들은 특정 개념에 대해 활성화되는 '개념 세포'를 뇌에서 발견했습니다. 이 개념이 어떻게 제시되든(이미지, 텍스트, 음성 등) 관계없이 활성화됩니다. 이 세포들은 단순히 이미지에 반응하는 것이 아니라 추상적인 개념을 나타내며 기억 형성에 중요한 역할을 합니다. 연구에 따르면 개념 세포는 서로 연결되어 복잡한 기억 네트워크를 형성하는 것으로 생각됩니다. 이 발견은 기존 신경과학에 의문을 제기하며 인간 기억 및 인지 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 처음에는 '제니퍼 애니스톤 세포'라고 불렸던 이 세포들의 발견은 회의적으로 받아들여졌지만, 이후 연구를 통해 그 중요성이 확고해졌습니다.
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고온은 질서와 패턴을 파괴하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 물리학자들은 온도에 관계없이 질서 정연한 구조를 유지하는 이상화된 자성의 종류를 이론적으로 증명했습니다. 이 놀라운 발견은 강연에서 제기된 단순한 질문에서 비롯되어 양자장 이론에 대한 더 깊이 있는 탐구로 이어졌습니다. 연구자들은 두 개의 얽힌 자기 격자와 유사한 시스템에서 무한히 높은 온도에서도 특정 자기 질서가 지속됨을 발견했습니다. 자유롭게 회전하는 자기 벡터는 상하로 정렬된 벡터를 안정화시켜 전체적인 자기 질서를 유지합니다. 이 발견은 우주론과 상온 양자 현상 탐구에 영향을 미칠 수 있습니다.
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300년 이상 동안 수학자들은 키스 수 문제에 골몰해 왔습니다. 이는 겹치지 않고 중앙 구체에 동일한 크기의 구체가 몇 개나 접할 수 있는지에 대한 문제입니다. 3차원 공간에서는 답이 12이지만, 고차원 공간에서는 여전히 미스터리입니다. 최근 MIT의 학부생 Anqi Li와 Henry Cohn 교수는 기존의 대칭성 가정을 버린 새로운 접근 방식을 고안했습니다. 그들의 파격적이고 비대칭적인 전략은 17차원부터 21차원까지 키스 수의 추정치를 개선하여 1960년대 이후 처음으로 진전을 이루었습니다. 이 돌파구는 정보 이론과 오류 수정 코드에 기반한 기존 방법에 도전하여 이 오래된 수학적 수수께끼를 푸는 새로운 길을 열었습니다.
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