統計物理 用微觀瞭解宏觀 以從微觀的原子間交互作用，去瞭解宏觀的磁鐵磁性，或是物質在氣態、液態、固態之間的「相變」特性, 當壓力增大時，水的沸點升高，水和水蒸汽的密度差也會變小，當兩者的密度相同時，就稱為水的氣態、液態相變「臨界點」。

秋季展望系列》統計物理 為失智找出路

【聯合報╱記者陳幸萱／台北報導】 2011國科會展望秋季演講，昨天在台大應用力學研究所一樓國際會議廳舉行，中央研究院物理研究所研究員胡進錕主講「談神經退化性疾病的根源」，現場座無虛席。 記者徐世經／攝影 統計物理可以預測冰融化為水、水蒸發為水蒸汽的物理現象，也可以應用在醫學上，成為找尋病因、發現新藥的參考模式。科學家發現，像蛋白質在人腦內不正常堆積，造成阿茲海默症、小腦脊髓萎縮症等神經退化性疾病，都能運用統計物理的模型預測，成為找到預防新藥的契機。今年最後一場「2011展望秋季系列演講」，上周五由中央研究院物理研究所研究員胡進錕主講「他能得諾貝爾獎，但不記得回家的路─談神經退化性疾病的根源」。這系列的演講活動由國家科學委員會主辦、台灣大學物理學系暨天文物理研究所承辦，中央研究院神經科學研究計畫、聯合報、NEWS 98、科學發展月刊、科學人雜誌、Discovery頻道共同協辦。 物質相變 用微觀瞭解宏觀 中央研究院物理研究所研究員胡進錕。 記者徐世經／攝影 胡進錕表示，「用微觀瞭解宏觀」是統計物理的精神，統計物理學家可以從微觀的原子間交互作用，去瞭解宏觀的磁鐵磁性，或是物質在氣態、液態、固態之間的「相變」特性。 統計物理在19世紀末至20世紀初，由波茲曼（Ludwig Eduard Boltzmann）及吉布斯（Josiah Willard Gibbs）兩人所創立，胡進錕指出，統計物理解釋最為成功的自然現象，就是「臨界現象」。 水的氣態、液態變化是一般人所熟悉的「相變」，當壓力增大時，水的沸點升高，水和水蒸汽的密度差也會變小，當兩者的密度相同時，就稱為水的氣態、液態相變「臨界點」。運用統計物理，科學家已經能夠計算出不同物質的臨界點狀態。 蛋白質結構 用數據算出來 透過統計物理，胡進錕和研究夥伴發展出一套算法及軟體，隨意「給」程式一堆原子，輸入每個原子的圓心及半徑，就可以計算出聚合原子團的表面積與體積。他們用同樣方法算蛋白質資料庫裡的所有蛋白質，發現體積除以表面積和原子平均半徑乘積的比例，隨著原子的平均半徑變化，分布在一個非常窄的範圍內。計算過程中，發現有少數蛋白質資料庫中的蛋白質不符合這個範圍，檢查後證實這些蛋白質的數值有誤；因此該方法也可以用來檢測蛋白質的結構。 阿茲海默 蛋白質異常堆積 2010年，華裔物理學家高錕獲得諾貝爾物理獎，幾年前他回家時會搭錯地鐵，2003年證實罹患阿茲海默症。胡進錕表示，科學家掌握阿茲海默症是由細胞膜上的APP蛋白所引起的。 正常狀況下，APP蛋白會被α分泌酶截斷，但若被β分泌酶或γ分泌酶截斷，就會產生Aβ40或Aβ42蛋白質，這些蛋白質在細胞之間以「髮夾形」的結構堆積，造成阿茲海默症。 胡進錕和其合作夥伴則試著從簡單高分子鍊模型的鬆弛與聚集，瞭解蛋白質的聚合。他們用簡化的晶格模型來代表胺基酸序列，在每個晶格加入親水性、殊水性、帶正電與帶負電4個參數，算出在特定溫度時這些胺基酸會聚集得最快。「用一條（胺基酸）去推算，就可以預測很多條（胺基酸）一起出現時，在哪個溫度聚集比較快。他表示，未來可以依此設計藥物，減緩胺基酸聚集的速度，就不會發病。 發現聚合關鍵 可設計藥物 另外，胡進錕及合作夥伴也發現，簡化的胺基酸序列其「彎曲角」和「扭轉角」有關的位能，是影響群集現象的關鍵。 當與彎曲角和扭轉角有關的兩個數字很小時，胺基酸序列就會產生聚集；產生阿茲海默症的Aβ40或Aβ42是髮夾型，若將之看成「一條線」，就會發現彎曲角和扭轉角的作用力很小，解釋了為何這些蛋白質會聚集。 胡進錕表示，希望未來繼續從統計物理的角度，對「阿茲海默症變異程度如何影響蛋白質聚合速度」做出理論印證。