非平衡稳态的局部-全局原理

热平衡系统的全局稳态以指数方式偏好能量更低的构型。该原理是对自组织的有力解释，因为能量是构型的局部属性。对于非平衡系统，不存在类似原理成立的此类属性，因而对其表现出的多样自组织形式没有统一解释。然而，近期大量工作表明，称为“rattling”的构型局部属性可预测广泛一类非平衡系统的全局稳态。我们将这一新兴物理理论用马尔可夫过程加以诠释，以推广并证明其核心论断。令人惊讶的是，我们发现rattling理论的核心思想具有足够的普遍性，可同时适用于平衡与非平衡系统。其预测在由任意稳态的局部与全局“部分”的相对方差及相关性所决定的程度上成立。我们展示了这些关键量如何刻画随机图上随机游走、各类自旋玻璃动力学以及动物集体行为模型的局部-全局关系。