竹内研究室 ―研究室紹介 #9―

非平衡系はどこまで統一的理解ができるのか？非平衡の統計力学は存在するのか？このようなbig questionsを胸に、液晶などのソフトマターやカオス、生命現象などを題材にして、非平衡に潜む物理法則を実験的に探求しています。優れた実験系は、観察対象の理解を深めるだけでなく、時として異分野のテーマとも繋がりをもつ、自然現象の不思議な一面を見せてくれます。そのような実験をデザインし、観察、解析、議論を通じて、未開の地が広がる非平衡系の理解を進めています。

私たちが目にできる大きさの物質や現象のうち、熱平衡状態にあるもの、また平衡近傍にあるものに関しては、人類は深い理解に到達することができました。特に、対象を選ばず適用できる熱力学と統計力学の枠組みは、平衡系には極めて強い普遍性があることを教えてくれます。一方で、ふと周りを見回すと、味噌汁でも目にする対流、雲や風紋のパターン形成、生体分子の協同現象から動物の群れまで、私たちは多くの非平衡現象に囲まれていることに気が付きます。そうした非平衡系に、普遍的な物理法則や概念はどのくらいあるのでしょうか？

様々なマクロ物理現象の中でも、強い普遍性が見られるのが、臨界現象に代表されるスケール不変な状況です。例えば当研究室は、液晶に電圧をかけて乱流状態を実現し、そこで見られる相転移や界面成長過程を測定して、様々な非平衡普遍法則の実験検証や新たな統計法則の発見に主導的な役割を果たしています。また、大腸菌など生物集団の統計的性質を探る実験や、大自由度カオスの実験研究を目指した試みも始めています。このような多彩なアプローチと、統計力学や数理模型の知識などを組み合わせた定量的な研究が、竹内研究室の強みです。

竹内先生より

当研究室では各メンバーが独立なテーマをもって研究に取り組んでいます。竹内は、指導教官かつ共同研究者として、研究テーマや進め方のアイディアを提案し、議論と技術的アドバイスなどで研究をサポートします。研究について自ら考え、試行錯誤を重ねて、世界的にも意義のある研究をするのは簡単なことではありません。しかし、研究に自分のアイディアを活かし、国内外の研究者とも切磋琢磨して新しい事実を発見する営みは、研究者として最高の喜びと充実感を与えてくれます。熱意ある皆さんとの研究を楽しみにしています。