一様ポテンシャル場での揺らぎから発現する運動の秩序性の発達に関する研究

巨視的に一様なポテンシャル場から揺らぎを利用して巨視的秩序運動を生み出すモデル系を創製し，生物的な巨視的な秩序運動は，そこに内在する揺らぎ（微小なランダム運動）とどのように関係しているかを明らかとすることが本研究の目的である。このために，本研究では，①油水界面のマランゴニ不安定性が生み出す一見ランダムな対流が，界面に浮かべた浮体の直進，自転，公転などに変化していく物理化学的な条件の検討，②細かな力学的振動を与えられたラチェット構造のギアが一方向に自転する機構の検討，③振動的な化学反応によって分子集合体や高分子が，巨視的な時間空間的な構造変化を示す系をモデル系として研究を進める。①～③の全てについて本年度から着手し，②の課題について研究が大きく進展し論文発表できる成果が得られた。①については，用いた油水界面系における揺らぎの強さが十分ではないことが明らかとなり，物質系の変更を考えている。③については，実験の再現性が確立し基本的な速度過程を決めている物理化学的因子が明らかとなった。ここでは，もっとも成果が得られ論文発表ができた②の課題について概要を記述する。②の系では，垂直に細かな振動を発生する加振器の上に水槽をおき，その上に浮かべたラチェットギアの回転について研究を行った。ラチェットギアが一方向に安定して回転する振動数，振幅が，ギアのサイズに依存することを明らかとした。垂直方向の加振で発生する水面波が，水の体積保存を満たすために水平方向への水の移動を生み出し，これがギアを回転させていることが分かった。水面波のパターンがギアと同軸の対称性を有する時，水平方向への水の移動がギアの一方向回転のトルクを生み出す。この機構は，ギアの回転方向がラチェット形状と水面が形成する巨視的パターンとの共同効果により決まることを示している。

巨視的に一様なポテンシャル場から揺らぎを利用して巨視的秩序運動を生み出すモデル系を創製し，生物的な巨視的な秩序運動は，そこに内在する揺らぎ（微小なランダム運動）とどのように関係しているかを明らかとすることが本研究の目的である。このために，本研究では，①油水界面のマランゴニ不安定性が生み出す一見ランダムな対流が，界面に浮かべた浮体の直進，自転，公転などに変化していく物理化学的な条件の検討，②細かな力学的振動を与えられたラチェット構造のギアが一方向に自転する機構の検討，③振動的な化学反応によって分子集合体や高分子が，巨視的な時間空間的な構造変化を示す系をモデル系として研究を進める。①～③の全てについて本年度から着手し，②の課題について研究が大きく進展し論文発表できる成果が得られた。①については，用いた油水界面系における揺らぎの強さが十分ではないことが明らかとなり，物質系の変更を考えている。③については，実験の再現性が確立し基本的な速度過程を決めている物理化学的因子が明らかとなった。ここでは，もっとも成果が得られ論文発表ができた②の課題について概要を記述する。②の系では，垂直に細かな振動を発生する加振器の上に水槽をおき，その上に浮かべたラチェットギアの回転について研究を行った。ラチェットギアが一方向に安定して回転する振動数，振幅が，ギアのサイズに依存することを明らかとした。垂直方向の加振で発生する水面波が，水の体積保存を満たすために水平方向への水の移動を生み出し，これがギアを回転させていることが分かった。水面波のパターンがギアと同軸の対称性を有する時，水平方向への水の移動がギアの一方向回転のトルクを生み出す。この機構は，ギアの回転方向がラチェット形状と水面が形成する巨視的パターンとの共同効果により決まることを示している。