活性粒子系统的场论及其熵产生

将化学能转化为自推进的活性粒子可以维持远离平衡的稳态并做功。熵产生衡量此类粒子系统运行远离平衡的程度，并作为所做功的代理。场论提供了一种有前景的计算熵产生的途径，因为它允许同时考虑许多相互作用的粒子。通过粗粒化或平滑化获得的、借助加性噪声的近似场论可以很好地捕捉密度和相关性，但它们通常忽略组分的微观粒子性质，从而对熵产生产生虚假结果。作为替代，我们展示了如何使用 Doi-Peliti 场论，其捕捉微观动力学，包括反应以及与外部和成对势的相互作用。此类场论原则上精确，同时提供系统的近似方案，以图论的形式。我们展示了如何由 Fokker-Planck 方程构造它们，并展示如何从第一性原理计算活性物质的熵产生。该框架易于扩展以包含相互作用。我们用它推导了针对广泛范围的相互作用守恒粒子系统的熵产生的精确、紧凑且高效的通用表达式。这些表达式独立于底层场论，并可解释为局部熵产生的空间平均。它们可直接应用于数值和实验数据。一般而言，由任意成对相互作用引起的熵产生至多利用三点等时密度；而 n 点相互作用利用 (2n-1) 点密度。我们在若干精确、可处理的例子中说明了该技术，包括一些具有成对相互作用的例子以及许多相互作用的 ABP 系统。