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通用热力学不等式:关于当前、活跃度与熵产生率之间的缩放关系

统计力学 2025-08-26 v1

摘要

我们推导了一个约束离散和连续非平衡系统中方向性输运的通用热力学界限。对于受Fokker-Planck方程控制的连续时间马尔可夫跳跃过程和过阻尼扩散,我们证明了不等式 2V(t)2A(t)e˙p(t)\frac{2 V(t)^2}{A(t)} \leq \dot{e}_p(t),将净速度 V(t)V(t)、熵产生率 e˙p(t)\dot{e}_p(t) 和动力学活跃度 A(t)A(t) 联系起来。这一关系捕捉了输运、耗散和涨落强度之间的根本性权衡,有效于平衡远离的情况下且无详细平衡。在此基础上,我们引入了无量纲热力学比,以量化耗散不对称、熵提取和放松。这些缩放定律统一了离散和连续的随机热力学,提供了可实验访问的约束,用于约束纳米规模机器和主动系统中的传输效率。

关键词

引用

@article{arxiv.2508.16711,
  title  = {A Universal Thermodynamic Inequality: Scaling Relations Between Current, Activity, and Entropy Production},
  author = {Mesfin Taye},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2508.16711},
  year   = {2025}
}

备注

5 pages