動的対称性の破れた揺らぎを受ける多重安定系の遷移現象の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09740301
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 本堂 毅 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (60261575)
• Keywords: 多重安定系 / カオス / 熱機関 / ラチェット / エネルギー / 確率過程論 / カルノーサイクル / 熱力学

Research Abstract

本研究課題による研究実績は以下の3つに区別される。
1. カオスノイズからのエネルギー変換論の構築
我々は、非平衡なゆらぎから仕事を取り出すことが出来る。では、どこまで仕事を取り出せるだろうか? 非平衡なゆらぎの代表例は、カオスである。本研究は、カオスから仕事を取り出す系のエネルギー効率を議論した最初の論文であり、ある範囲において、その効率は解析的にも評価されている。
2. 熱ラチェット系によるエネルギー変換効率の評価
生物分子モーター系の実験の進展にともない、外力ゆらぎから仕事を取り出す系のエネルギー変換効率に関心が集まっている。しかるにこれまで、この系のエネルギー変換効率は、確率過程論の確率流Jを以て議論されてきた。それは、揺らぎを受ける系のエネルギー変換論が構築されてこなかったためである。本研究は、エネルギー変換効率を正しく評価し、これまでのJを代替とした議論が、定性的にも正しくないことを示し、エネルギー変換問題の非自明性を明らかとした。
3. 非平衡熱機関の不可逆性の証明
熱機関とは、有限の温度差を持つ熱浴から仕事を取り出す系である。カルノーサイクルは、この熱機関のエネルギー変換効率の最大値を与えており、可逆サイクルである。では、2つの熱浴に同時に接しながら動作する熱機関の最大効率はカルノーに等しくなるのか、可逆に動作しうるのだろうか?ファインマンは、みずから考案したいわゆるファインマンラチェットを解析し、この系が可逆に動作しうると主張した。この主張は長く受け入れられてきた。本研究は、この主張が誤りであること、すなわち、この熱機関は本質的に不可逆であることを証明している。

Research Products

• [Publications] Tsuyoshi Hondou: "Transformation of Dynamical Fluctuation into Coferent Energy" Journal of the Physical Society of Japan. 67・6. 1818-1821 (1998)
• [Publications] Hideki Kamegawa: "Energetics of a Forced Thermal Ratchet" Physical Review Letters. 80・24. 5251-5254 (1998)
• [Publications] Tsuyoshi Hondou: "Irreversible Operation in a Stalled State of Feynman's Ratchet" Journal of the Physical Society of Japan. 67・9. 2974-2976 (1998)