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2023 Fiscal Year Research-status Report

化学反応における非平衡熱力学原理の探究

Research Project

Project/Area Number 22KJ1081
Allocation TypeMulti-year Fund
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

吉村 耕平  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Keywords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
Outline of Annual Research Achievements

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。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

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。

Strategy for Future Research Activity

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。

Causes of Carryover

出張費が想定よりも安く済んだため。
差額は次年度の出張費に充てる。

  • Research Products

    (3 results)

All 2024 2023

All Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] ゆらぎの熱力学とのアナロジーによる流体力学への帰結2024

    • Author(s)
      吉村耕平, 伊藤創祐
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
  • [Presentation] 流体系におけるエントロピー生成率の幾何学的な維持・過剰分解2023

    • Author(s)
      吉村耕平, 伊藤創祐
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
  • [Presentation] Conservative-nonconservative decomposition of irreversibility2023

    • Author(s)
      Kohei Yoshimura and Sosuke Ito
    • Organizer
      StatPhys28
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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