二分与非二分复合系统中的熵平衡与信息处理

信息动力学是一种描述复杂系统中信息处理的新兴方法，其通过内在计算来刻画系统，识别信息存储与传递的计算基元。在本文中，我们在信息动力学与随机热力学之间建立形式类比，后者描述小型不可逆系统的热行为。由于随机动力学日益被用于量化与信息处理相关的热力学，我们认为此类类比是富有启发性的，它强调现有的热力学量可仅用与信息处理相关的已有信息论度量来描述。在本文中，我们用这些量构造不可逆性度量，并将其与刻画随机热力学中单系统与复合系统行为的物理熵产生相联系，以简单例子加以说明。此外，我们可将此类形式体系应用于不具有二分结构的系统。特别地，我们证明在给定合适的非二分过程时，子系统中的热流仍可被识别，且需要借助当前形式体系才能恢复热力学第二定律的推广形式。在这些系统中，残余不可逆性既不归属于任一子系统，而必须被纳入这些广义第二定律中。这为用计算来描述所有物理系统开辟了可能，使我们得以提出一个框架，用于讨论传统上超出随机热力学范围的系统的可逆性。