热力学平衡的破坏和某种对称性的破缺．在热力学平衡态下，外力总效果为零的系统出现定向运动意味着第二类永动机(单源热机)，违反了热力学第二定律．在实际应用中，热力学平衡的破坏往往通过加驱动或噪声来实现．不满足反演对称性的周期势在物理学中称为棘齿势．棘齿势在研究定向输运问题中被广泛应用，它满足产生定向输运的第二个条件——对称性破缺．能够产生定向输运的系统在物理上称为棘齿系统，在生物上称为分子马达。棘齿系统(分子马达)的研究，最早源自于热力学中有关第二类永动机问题的争论．棘齿系统能够从涨落(噪声)或非定向驱动中吸收能量并将之转化为定向运动的能量(做功)．因此早期的棘齿系统往往有噪声存在．后来人们发现，在缺少噪声的情况下仍有可能存在定向输运(确定性棘齿)．由于计算量的原因，一开始人们研究的大多是比较简单的过阻尼系统．后来随着计算技术的发展，对非过阻尼系统(惯性棘齿)的研究逐渐丰富起来。