波动运动的薛定谔动力学与 Berry 相位
生物物理
2023-07-05 v3 软凝聚态物质
摘要
谱模态表示在从量子力学到流体湍流的物理学各领域都至关重要，但尚未广泛用于刻画和描述生命系统的行为动力学。此处我们表明，从实验活体成像数据推断的基于模态的线性模型，可准确低维描述蠕虫、蜈蚣、机器人与蛇的波动运动。通过将物理对称性与已知生物约束纳入动力学模型，我们发现形状动力学通常由模态空间中的薛定谔方程支配。有效生物物理哈密顿量的本征态及其绝热变化，使得能够利用 Grassmann 距离与 Berry 相位对自然、模拟和机器人生物的运动行为进行高效分类与区分。尽管我们的分析聚焦于一类被广泛研究的生物物理运动现象，其底层方法可推广到其他允许受几何形状约束的模态表示的物理或生命系统。
引用
@article{arxiv.2205.10725,
title = {Schrodinger dynamics and Berry phase of undulatory locomotion},
author = {Alexander E. Cohen and Alasdair D. Hastewell and Sreeparna Pradhan and Steven W. Flavell and Jorn Dunkel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.10725},
year = {2023}
}
备注
title change; additional section and figure on time-dependent effective Hamiltonians and Berry phases; additional biological examples; new numerical analysis added to the SI