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2018年
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2018年
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計算過程としての化学反応

公立はこだて未来大学システム情報科学部複雑系科学科 櫻沢 繁

化学反応はコンピュータ化学の研究における計算の対象である。しかし一方でまた別の見方をすれば、化学反応それそのものを「自然の物質が行う計算過程」とみなすこともできる。実際に、BZ反応を利用したロボット制御やゲルの自律運動、またはBZ反応の反応拡散が場の非対称性により一方向になることを利用した論理演算素子など、化学反応を演算子として利用した具体的な研究がなされている。

高度な計算能力を有するコンピュータが普及しているなか、一見、非効率的に見える「物質が行う計算」を研究する意義は無いように思われがちであるが、各々の立場にそれぞれの意義がある。その中でも私は、生命を研究対象とした時に生ずる「自律性」の問題を考えるにあたり、特に意義を感じている。それは以下の問題意識による。

「物質の計算」はコンピュータによってなされる計算とは少し異なる。それは、コンピュータの中でなされる計算においては入力と出力が明らかに区別されている点である。「物質の計算」を考えるにあたっては、物質が多くの周囲の物質と相互作用する際に、その物質自体が如何に現在のパラメータを観測するか、を考慮しなくてはならない。例えば、反応速度はその化学反応に参加する物質の化学量論的関係から導かれる微分方程式として表現される。しかしここではミクロとマクロの整合性を保障する質量保存則が前提とされている事に留意すべきである。すなわち、その質量保存則が成り立つとされる系のミクロな物質一つ一つが、系全体のマクロな化学量論関係を把握していることを前提とする。しかしその「把握」とは局所的な周囲の物質との相互作用のみを介してしか成し得ない。ここで「物質の計算」において、入力としての「マクロな化学量論関係の把握」と、出力としての「相互作用」が分離できず、「マクロな化学量論関係の把握」のための「相互作用」、また同時に「相互作用」のための「マクロな化学量論関係の把握」といった、如何とも表現しづらい構造になっていることに気がつく。私はここに自律性の鍵があると考えている。

コンピュータ化学は化学にコンピュータを適用するばかりでなく、化学反応のように自然の物質に計算を見出し、自然の物質に潜む新たなコンピューテーションの概念を射程とする学問分野であってもよいのではないかと、今後の学会の展開に期待している。

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