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2019-05-01從細胞到鳥群─這個流體和你想的不一樣
593 期
Author 作者
陳宣毅／中央大學物理系教授，中央研究院物理究所合聘研究員，研究領域為統計物理、軟凝態與生物物理。
一般流體 vs. 活的流體
從細胞內的分子馬達、細胞、細菌、魚群、鳥群乃至於人群到人造的仿生機器，這些不論在物理尺度或構造都相去甚遠的系統，可以用相同的原理來理解嗎？這似乎是科幻小說裡的題材，可是近年來理論與實驗科學的進展都指出，可以用嚴謹的數理方法，把這些系統的行為納入同樣的理論架構。這類的研究是如此新穎，以至於其中文譯名都尚未存在。為了方便起見，筆者將其稱為活的流體（active matter）。
構成物質的分子，在氣態與液態時能自由地運動，形成一般的流體。在沒有外界擾動下，其為靜止的，只有外界影響存在時，才會出現氣流、洋流等現象。描述一般流體的標準理論，在多年前被發展出來，且已廣泛地應用在許多工程與環境研究。
活的流體與一般流體的不同，在於組成單元本身，如分子馬達、細胞和動物等，因為能利用自身所攜帶或環境中的能量而運動，組成單元之間的協調行為即可造成巨觀上高度相關的流場。反之，一般流體不論多麼複雜，巨觀流場總是外力造成的。近 20年間，由於理論與實驗的努力，人們對於活的流體有了更深刻的認識，一個具有普適性的理論結構也近乎完備，利用它，對頑固的生物膜（biofilm）形成、胚胎發育、傷口癒合及癌症生長等過程有了在系統尺度下的新見解。......【更多內容請閱讀科學月刊第593期】