具有振荡和激发动力学的介观化学反应系统中的熵产生

化学反应系统的随机热力学近来备受关注。本文以铂晶体表面一氧化碳的催化氧化为例，研究了一个同时具有振荡和激发动力学的系统中的相关问题。从化学朗之万方程出发，我们能够计算沿浓度状态空间中随机轨迹的随机熵产生 P。我们特别关注在接近确定性霍普夫分岔的参数区域内，时间平均熵产生 P 对系统尺寸 N 的依赖性。在大系统尺寸（弱噪声）极限下，我们发现当系统分别低于或高于霍普夫分岔时，P 遵循 N^{\beta} 关系，其中 {\beta}=0 或 1。在小系统尺寸（强噪声）极限下，无论分岔参数如何，P 总是随 N 线性增加。更有趣的是，在相应的确定性系统表现为稳态或小振幅振荡的参数区域内，对于某些中等系统尺寸，P 甚至可以达到最大值。P 的最大值随着系统参数接近所谓的 CANARD 点而减小，在该点处最大值消失。这一现象可以通过将总熵产生分解为尖峰和小振幅振荡的贡献来定性理解。