【概要】

空気や海にある膨大なエネルギーを熱として取り出して仕事をしつづける機械はつくれません。これは人類の努力が足りないのでなく、科学技術がどんなに進歩しても絶対にできない宇宙の規則です。熱力学により、この規則はエントロピー^注１とよばれる物理量を使った不等式として表現されます。近年、生体内で働く大きさ10ナノメートル（ナノは10億分の１）くらいの小さな機械に関する物理法則が議論されてきました。特に、小さな機械では周りの分子の影響を受けて相対的に大きくゆらぎながら作動するので、ゆらぐ機械の本質的限界を明らかにすることが問題になっていました。東北大学材料科学高等研究所（AIMR）Andreas Dechant 助教（2020年4月1日より京都大学大学院理学研究科特定研究員）と京都大学大学院理学研究科 佐々真一 教授は、本研究において、ゆらぐ機械が本質的にできないことを表現する新しい不等式を見出しました。機械が作動する条件を変えたときの応答の限界がゆらぎとエントロピーによってあらわされます。今後、新しい不等式を使って、個々のゆらぐ機械の性能を特徴づけることにより、生体内分子機械の設計原理が不等式によって解き明かされることが期待されます。

本研究成果は、2020年3月9日に米国の国際学術誌「PNAS」のオンライン版に掲載されました。

【用語解説】

注１　エントロピー：
乱雑さの程度を特徴づける量。19世紀に、運動の激しさという乱雑さと分子の散らばり具合という乱雑さを相互に変換して比べられるように定式化された。その後、ミクロな世界の確率分布を使った表現を経て、情報理論においても重要な役割を果たしている。

詳細（プレスリリース本文）

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