耦合分子振子的非平衡热力学：同步的能量代价与最优设计
生物物理
2020-01-29 v1 统计力学
摘要
提出一个耦合分子振子模型以研究同步的非平衡热力学。我们发现，即便振子间耦合是保守的，非平衡振子的同步仍需消耗能量。通过解析求解多体系统的稳态，我们表明系统经历一个由能量耗散驱动的非平衡相变，且临界能量耗散依赖于交换反应的频率与强度二者。此外，我们的研究揭示了在固定能量预算下实现最大同步的最优设计。我们将一般理论应用于蓝细菌昼夜钟中的 Kai 系统，并预测了 KaiC ATP 酶活性与 KaiC 六聚体同步之间的关系。该理论框架可推广至研究其他扩展非平衡活性系统中集体行为的热力学。
引用
@article{arxiv.2001.10479,
title = {Nonequilibrium thermodynamics of coupled molecular oscillators: The energy cost and optimal design for synchronization},
author = {Dongliang Zhang and Yuansheng Cao and Qi Ouyang and Yuhai Tu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.10479},
year = {2020}
}
备注
3 figures, plus Supplementary Material