| 研究課題/領域番号 |
22KJ1081
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| 補助金の研究課題番号 |
22J21619 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉村 耕平 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 非平衡熱力学 / 熱力学的トレードオフ / 流体力学 / 反応拡散系 / 維持過剰分解 / 熱力学的不確定性関係 / 熱力学的速度限界 / 最適輸送理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱力学は普遍的な学問であり，私たちが何をできないかを一般的に表現できる．本研究では，これまで「熱的にゆらぐ小さな系」という必ずしも普遍的でない系において得られてきた，不可逆性に関する熱力学的な知見が，細胞内の化学反応や川を流れる水の動きのような，より一般の系に対してどのような考察を与えるかを明らかにする．具体的には，熱力学第二法則のような，エントロピーにまつわる普遍的な性質をそのような系で探究し，自然界を支配する法則を見出す．
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| 研究実績の概要 |
熱力学は現象・操作に対して原理的な限界を与える。平衡系間遷移に注目した理論が19世紀から研究されていたが、今世紀になってから非平衡系を直接扱う手法が開発されてきた。その際たる例が、メゾスコピック系を対象とするゆらぎの熱力学（stochastic thermodynamics）である。
私はこれまで、線形な方程式に基づくゆらぎの熱力学がどのように非線形な化学反応系に応用可能であるかを研究してきた。本研究計画における初期の研究はそのような流れの一部であった。その結果、ゆらぎの熱力学の一般性は目覚ましいものであることが明らかになり、化学反応以外の応用先もあるのではないかと私は考えるようになった。
今年度行った研究はもっぱらそのようなアイデアに基づく。すなわち、今年度の研究によって、従来の理論が流体系および反応拡散系でも有用であることを明らかにした。ここでいう流体系とはナヴィエストークス方程式に従う極めて一般的な流体のことである。また反応拡散系とは化学反応と拡散が同時に生じる化学物質の系であり、こちらも理論的な一般性が高い。その結果、非平衡系におけるも熱力学的な制約が広く成り立つことが明らかになった。
流体における結果は K. Yoshimura and S. Ito, arXiv:2305.19519 として、反応拡散系における結果は R. Nagayama, K. Yoshimura, A. Kolchinsky, and S. Ito, arXiv:2311.16569 として公開済みである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画では化学反応系における研究がメインであったが、現在は化学反応系にとどまらない幅広い系における統一的な見通しが得られているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
従来の研究をさらなる新規の重要なクラスにも拡張していくとともに、これまで開発した理論手法の応用上の有用性を探る。
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