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교토대학(京都大學) 이학연구과 연구팀이 '흔들리는 기계'의 한계를 표현하는 새로운 식을 발견함. 연구진은 기계가 작동하는 조건을 바꿀 때 응답의 한계를 '흔들림'과 '엔트로피(entropy)'를 통해 나타냄. 공기 또는 바다에 존재하는 방대한 에너지를 열로 추출하여 작동해 나가는 기계는 만들어 낼 수 없으며, 이것은 과학 기술이 아무리 진보하더라도 절대 불가능한 우주의 규칙임. 열역학에 의해 이 규칙은 ‘엔트로피’라 불리는 물리량을 사용한 부등식으로 표현됨. 최근 생체 내에서 작동하는 크기 10nm 정도의 미세 기계에 관한 물리 법칙이 논의되어 왔는데, 특히 미세한 기계는 주위의 분자의 영향을 받아 상대적으로 크게 흔들리면서 작동하기 때문에 흔들리는 기계의 본질적인 한계를 밝히는 작업이 필요했음. 연구진은 본 연구에서는 흔들림을 동반하는 기계의 성능에 대하여 그 기본 한계를 공식화함. 핵심은 '흔들림'과 '응답'의 관계로, '상대 엔트로피'를 통해 '응답'과 '흔들림'을 식으로 나타냄. 본 연구 성과를 통해 향후 흔들리는 기계의 성능을 특성화하여 생체 내 분자 기계의 설계 원리가 식을 통해 해명될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 'PNAS' ("Fluctuation-response inequality out of equilibrium")지에 게재됨