微重力下热扩散过程中非平衡涨落增长的动态标度

扩散过程广泛存在于生物和化学系统中，它们在细胞层面的物质交换和决定化学反应速率方面起着基础作用。最近，将扩散描绘为分子随机不相关运动的经典图像已被修正，因为研究表明在扩散过程中会出现巨大的非平衡涨落。在微重力条件和稳态下，非平衡涨落表现出尺度不变性，其大小仅受系统边界限制。在这项工作中，我们研究微重力下由热扩散诱导的非平衡浓度涨落的起始，这一情形无法用解析计算处理，但对于理解若干自然和技术过程具有重要意义。最先进模拟与实验的结合使我们能够对微重力下瞬态扩散过程中的涨落发展进行完全定量的描述。实验和模拟均表明，在起始阶段涨落在较大波矢处表现出尺度不变性。在更宽的波矢范围内，模拟预测了类自旋分解的涨落增长，其中主导模的振幅和长度尺度由扩散层厚度决定。