信息界定自组织系统的鲁棒性

自组织系统，由人造纳米结构到发育中的生物体，都由能够在噪声下形成鲁棒功能结构的波动单元构成。我们问：噪声自组织系统的鲁棒性是否存在根本的限制？通过将自组织视为噪声编码，我们证明了短程经典系统（具有离散状态）的位置信息容量服从类似量子信息中的面积定律的界限。我们通过具有离散状态的晶格模型来说明这一原理，其动力学通过使用精确粗化技术推导的连续模型来捕获，并通过动力学重整化群计算进行验证。该普适界限通过微调传输系数来实现饱和，这可以在连续极限下通过考虑边界对域壁动力学的影响来合理化。我们说明了当存在长程关联时，如何绕过此限制，通过研究受生物机制激励的波浪-固定模型。在此类模型中，全局约束通过提供有效的积分反馈来减少对微调的需求。我们的工作在自然和合成微系统自组装成图案的能力上识别了根本限制，并纯粹从信息论角度对其进行了合理化。