复杂相互作用系统中局部不可逆性的涌现

生命系统本质上是不可逆的，打破细致平衡并建立时间箭头。但整个系统显著的时间箭头如何从其多元素间的相互作用中产生？我们表明，热力学系统的时间箭头的局部证据即熵产生，可被分解。首先，它可拆分为两部分：反映个体元素动力学的独立项，以及由元素间依赖关系驱动的交互项。借助非平衡物理的工具，我们进一步将交互项分解为元素对、三元组及更高阶项的贡献。我们在细胞感知与逻辑计算模型，以及视网膜响应视觉输入时的神经活动模式中阐释了我们的方法。我们发现，即便视觉输入未定义时间箭头，神经活动亦可定义之，且对这种细致平衡破缺的主导贡献来自神经元对之间的相互作用。