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マクロスケールの常識を覆す分子モーター


「ノコギリ刃形の砂浜とせわしない魚のアナロジー」モデル図
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 ノコギリの刃(非対称な構造)のようなかたちをした砂浜に、不規則な周期で打ち寄せる波が水位を上下させている(これをランダムな運動Aとする)情景を思い浮かべてください。そこには一匹の魚がいて、水があるときには左右にせわしなく泳ぎ回り、水がひいて陸にとり残されてしまっても、左右にせわしなく飛び跳ねるとしましょう。水中、陸上ともに、左右のどちらに進む確立も等しいものとします。(これをランダムな運動Bとする)それでは、図とあわせてみていきましょう。


 1. はじめは水位が高いため、左右へ自由に動き回っています。

 2. ところが水位が下がったために、魚はノコギリ刃形の砂浜に取り残されてしまいます。このとき、ゆるい坂の方に取り残されたとしましょう。

 3. ここで魚は左右のどちらかに等しい確率で何度もジャンプするのですが、坂が左へ傾いているため、右より左へ進む距離の方が長くなり、全体で平均して魚は左に動いていきます。

 4. このあと水位の上下が何回か繰り返されます。そしていつかは、魚は坂と坂のあいだのくぼみに落ち着くことになります。この坂を魚がジャンプして飛び越えることはできません。

 5,6. しかし、ここで水位が上昇すれば、魚は左右に等しい割合で進むことができるので、次に水がひたとき急な坂を登ってしまっている可能性が出てきます。こうして、いったん急な坂を登ってしまうと、また1から同じことを繰り返すことになります。ときどき、急な坂から転げ落ち4の状態に戻ることがありますが、あくまでそれは確率的な話で、全体として平均すれば左へ進んでいくことになります。



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