Pour la science №542

green_fr — 03.03.2023 Отличное применение искусственного интеллекта — оптимизация умножения матриц. В двух словах: есть вариант умножения «в лоб», как нас учили в институте. Для умножения 2 матриц NxN требуется N³ умножений. Но давно уже есть алгоритмы, которые позволяют перемножить матрицы за чуть меньшее количество умножений (например). А тут ребята скормили ИИ набор перемноженных матриц определённого размера (они умножали матрицу 4×5 на матрицу 5×5), и алгоритм нашёл как все известные людям варианты упрощения этого перемножения, так и новые. В том числе — наиболее оптимальный на настоящее время. Самое приятное в этой истории — это проверяемость. У нас в кои-то веки есть возможность ручками проверить, что найденный ответ правильный, что алгоритм действительно работает всегда.

Моя любимая группа французских учёных радует очередными исследованиями физики вылетающей пробки из-под шампанского (часть 1, часть 2). На этот раз они увидели, что при определённых условиях (практически всегда в нормальных для открывания шампанского условиях) газ выходит из бутылки со сверхзвуковой скоростью. И там даже образуется диск Маха — как на вылете газа из сопла сверхзвуковых самолётов.
Очень нужное знание. В последнем параграфе публикации учёные описывают свои планы на ближайшие годы и обещают вернуться с новыми результатами!

Статья про Луи Пастера. Про то, как его слава позволяла ему при жизни вести себя по-свински с научными оппонентами, даже не имея никаких аргументов в споре кроме «сам дурак». Но при этом интуиция практически всегда позволяла Пастеру придерживаться верной точки зрения — разве только с вопросом о возможности самозарождения жизни (он считал это невозможным) всё так ещё и не разобрались.
Одновременно рассказывают, как в первые годы Пастер активно искал финансирование для своих исследований. И только после публикации нескольких патентов у него появился источник средств, позволяющий не тратить времени на поиск денег. Патенты были в основном алкогольные: как гнать спирт из свёклы, как правильно перегонять вино в уксус и т.п. Ещё один патент заявлял о методе производства пива (bière inaltérable — вечное пиво, что ли?) — по нему Пастер открыл пивоварню, выпускавшую в частности «Пиво реванша» (la bière de la revanche) — речь идёт о 1873 году, Франция только что проиграла войну Пруссии.

Статья о простоте в природе. Начинается с констатации этой простоты — я не смогу пересказать, да это и не важно, но они взяли базу протеинов и по какому-то принципу оценили «простоту» структуры каждого из них. Ограничились при этом протеинами «одного порядка», то есть, состоящими из одного и того же числа (6) под-множеств (я не знаю, о чём они именно, но это важно — когда они говорят о «простом протеине», то речь идёт не о протеине, который прост, потому что маленький = состоит из малого числе элементов, а речь идёт о протеине, который прост, потому что организован простым манером). И выходит, что простые протеины существенно чаще встречаются в природе. Ок, говорят исследователи, а почему так? Можно ли найти какое-то эволюционное преимущество простоты? Почему из всех возможных вариантов выжили / получили распространение именно простые?

Дальше автор колонки включает математику и рассуждает на тему определения простоты. Например, простота последовательности цифр. Простота Колмогорова — длина минимальной программы, способной распечатать эту последовательность. Простота Левина — вероятность того, что случайно выбранная программа распечатает эту последовательность. Вроде бы одно и то же разными словами: если у нас есть программа из N бит, распечатывающая некую последовательность, но вероятность случайно выбрать эту программу можно представить в виде 1/2^N (для простоты не думаем о программах короче N, и представляем, что программы длиннее нас не смущают — нам достаточно, чтобы программа распечатала последовательность, и не важно, что она сделает после).

Но тут кроется интересный для меня момент. Потому что, во-первых, через определение сложности Левина мы можем проще показывать, почему последовательность 11111111 нам кажется менее случайной, чем 11011100. Я с этим вопросом только за прошедший год сталкивался дважды — всё никак не соберусь рассказать (Эдуарду пообещал ещё осенью), как в осеннем лагере мы с Сашей и Даником рассказывали о математическом подходе к понятию «фальсификация выборов».

А во-вторых, через это определение можно переписать знаменитый мысленный эксперимент с обезьянами за пишущими машинками. В оригинальной версии обезьяны сидят за машинками и печатают случайные тексты. И в этом случае вероятность того, что обезьяна выдаст текст, состоящий из 1000 букв «а» — такая же, как и вероятность, что она напечатает первые 1000 символов «Войны и мира». А тут можно представить, что обезьяны печатают не тексты, а программы, которые будут потом печатать тексты. Подавляющее большинство программ не будет печатать ничего. Но из тех, кто сможет напечатать 1000 символов, подавляющее большинство напечатает «простые» тексты — например, 1000 раз букву «а».

Почему этот вариант обезьян интереснее? Потому что в живом мире он может быть больше похожим на то, как работает эволюция. Вот эти вот «случайная мутация — изменение — отбор». Мутации могут касаться обычных «рабочих» клеток — но тогда они не будут передаваться по наследству. А могут касаться половых клеток — и тогда они будут передаваться по наследству. То есть, передача характеристик по наследству скорее похожа на исполнение программы, записанной в ДНК, чем просто на копирование этих характеристик. И именно это, по мнению авторов, может (они долго и нудно распинаются на тему, что это не доказательство, это просто красивая гипотеза) объяснять, почему протеины «простые». Потому что ещё до того, как включается естественный отбор, сама механика воспроизводства делает так, что простые протеины появляются чаще. А уже потом из этого компота природа «выберет» наиболее приспособленные к её текущему состоянию. То есть, перекос в сторону простоты может быть связан с эволюцией, но не обязательно связан с отбором, а значит, не обязательно несёт конкурентное преимущество.

Статья о «волшебных китайских зеркалах». Чтобы понять, о чём речь, не стоит искать по этим словам — лезет пластмассовый мир. Ищите по t’ou kuang ching (название предмета по-китайски, в как минимум французской транскрипции) или yamamoto akihisa — имя японца из Киото, который умеет делать эти зеркала.

Описать этот предмет сложно. Выглядит как обычное зеркало, с совершено ровной поверхностью. Ни глазом, ни на ощупь ничего не видно. А если посветить на зеркало точечным источником (интересно, Солнце — достаточно точечное?), то зеркало отбросит на стенку зайчик с какой-то картинкой.

Статья о том, как можно было бы сделать такие зеркала (и вроде как есть «дешёвые копии» с этой технологией), но при этом рельеф можно было бы видеть глазом. И о том, как на самом деле сделаны эти зеркала (там достаточно хитро организованные ступеньки порядка микрометра). Никто не понимает, как старые мастера могли делать такие зеркала (известно несколько тысячелетних экземпляров). Про единственного текущего мастера (тот самый Ямамото Акихиса) снимают фильмы. Очень хотелось бы подержать такое чудо в руках, но я не смог найти в интернете возможности купить даже то, что авторы назвали «дешёвой поделкой».

Просто замечательный протокол исследования. Взяли вино, померили содержание в нём разнообразных молекул. Дали попробовать это вино испытуемым, но попросили не глотать, а выплюнуть. И измерили содержание этих же молекул в том, что было выплюнуто. Во-первых, каких-то молекул стало меньше, каких-то больше — что-то успело связаться со слюной, что-то преобразоваться. Это изменение состава можно интерпретировать как реакцию человека с вином, то есть то, из-за чего он чувствует вкус вина. Ну а во-вторых, эта реакция разная у разных людей, причём она очень сильно зависит от пола и возраста — и я даже не знаю, какой из этих двух факторов меня удивляет больше :-)

Сохранено