过量耗散塑造非平衡电流中的对称性破缺

大多数自然热力学系统远离平衡，发展出持久电流并组织成非平衡稳态（NESS）。然而，此类系统在外部与内部约束下如何自组织、在破坏平衡对称性方面仍不清晰。本文通过 Langevin 动力学描述的微观随机系统，建立对称性破缺与耗散之间的一般联系。我们基于反向扩散矩阵的几何框架，将速度场分解为过量（梯度）和居住（残差）组成部分。这提供了自然的熵产生分割：过量部分捕捉非平衡条件下的内部重组，而居住部分量化由于外部力导致的详细平衡违反。我们推导了精确的等式关联两者，并提出了不等式以识别可及热力学。弱噪声展开揭示了 NESS 速度场的一般几何，使我们能够对稳态进行统一分类。我们将该框架应用于从分子机器到耦合振荡器的系统，展示了轨迹空间中对称性破缺如何约束 NESS 的组织。我们进一步扩展方法至具有乘性噪声的系统，推导了额外对称性破缺如何关联于曲率（空间依赖）度量。最后，我们表明 NESS 速度场和稳态分布可通过基于过量耗散的变分泛函来推导。本工作揭示了几何特征、耗散特性与对称性破缺之间的亲密联系，发现了反映涌现组织如何反映物理非平衡条件的 NESS 分类。