03.06 如果人類真能完全掌握分子機器的原理,能否製造出分子發電機?

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分子機器本身沒有什麼神秘的。我們都知道,因為在分子機器的設計和製作方面的突出貢獻,2016年的諾貝爾化學獎授予 Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart 和 Bernard L. Feringa 三位科學家。「分子機器」強調的只是這些機器可以像機器一樣發生定向的運動,並不是說這些機器本身就可以發電。

除了這些通過人工合成的方式得到的分子馬達以外,在我們的體內也就有很多的分子機器,例如生物體內有許許多多的酶甚至分子馬達都可以看成是「分子機器」,它們有的在消耗 ATP,將能量轉化為機械功,有的則是在合成 ATP,將能量暫時儲存起來,但不管是哪一種分子機器,這些機器本身都是無法違背熱力學定律的。

可能你會覺得,於生物體內的 ATP 合成酶就可以看成是某種體內的「發電機」了,這類的分子機器是不是有可能可以違背熱力學定律呢?我們都知道,生物體看起來是可以維持自己的有序結構的,正如薛定諤所說,「生命賴負熵為生」。但薛定諤所說的還有沒說完的一面,生物自己吃進去的是「負熵」,但排出來的可都是「正熵」,這些熵的增加是與熱力學第二定律毫不矛盾的。合成了 ATP,也一定會在環境中帶來其它的變化。為了維持自己的有序,我們在環境中排出了各種代謝的廢物、排洩物、碎屑、殘渣……如果我們把環境和生物體看成一個整體,那麼很明顯的,整個系統的熵會是增加的。這再次證明了熱力學第二定律的正確性——對於一個封閉系統,熵是不會自動減少的。


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