具有竞争路径的势垒穿越的非平衡统计

许多生物、化学和物理系统都依赖于势能中平衡态之间的随机跃迁。在这里，我们考虑一个最小模型中的此类跃迁，该模型具有两条可能的竞争路径，均从局部势能最小值出发，最终到达全局最小值。在跃迁发生的过程中，存在状态空间中的行进距离与需要跨越的势能垒高度之间的竞争。一条路径具有更高的能量垒需要翻越，但需要穿越较短的距离；而另一条路径具有较低的势垒，但在构型空间中距离远得多。最可能的路径取决于跃迁过程可用的时间；当仅有相对较短的时间可用时，最可能的路径是翻越高势垒的那条。我们发现随着温度的变化，总体最可能的路径可以在两者之间切换。我们计算了势垒穿越发生位置的统计量以及到达势能最小值所需时间的分布。有趣的是，虽然构型空间的统计量很复杂，但到达时间的统计量相当简单，在大部分时间范围内具有指数概率密度。综合来看，我们的结果表明非平衡系统中经验观测到的速率不应被用来推断势垒高度。