- 文章分類 -

文章專區

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】