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散逸構造とは?

さんいつこうぞう

散逸構造とは、エネルギーや物質の流れの中で自発的に生まれる秩序あるパターンや組織構造のことです。

散逸構造(dissipative structure)とは、外部からエネルギーや物質の供給を受けながらそれを環境へ散逸させることで、自発的に秩序ある構造やパターンを形成・維持する系の状態を指します。1977年にノーベル化学賞を受賞したイリヤ・プリゴジンが提唱した概念です。

通常、エントロピー増大の法則(熱力学第二法則)に従えば、孤立した系は無秩序に向かいます。しかし散逸構造は「開放系」であり、外部との絶え間ないエネルギー・物質のやり取りによって局所的なエントロピー減少を実現し、秩序を生み出します。

散逸構造の形成には、系が平衡状態から十分に離れていること(非平衡条件)が必要です。ある閾値を超えると、均一な状態が不安定になり、対称性が自発的に破れて新たな構造が出現します。この転移は分岐(ビフルケーション)と呼ばれます。

散逸構造の具体例には次のようなものがあります。

  • ベナール対流(熱せられた液体中の規則的な対流セル)
  • ベロウソフ-ジャボチンスキー反応(化学振動・渦巻きパターン)
  • 生命体の代謝システム
  • 台風や竜巻などの大気構造

散逸構造の理論は、物理・化学だけでなく生物学・経済学・社会科学にまで応用され、複雑系科学の基盤として広く活用されています。

使い方・例文

鍋底を熱したとき液体中に規則正しい六角形の対流セル(ベナール対流)が現れる現象は、散逸構造の代表例として教科書でよく紹介されます。

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