基于单粒子系综的远离平衡系统热质扩散的最速熵升量子热力学建模

本文提出了一个非平衡热力学模型，用于描述局部孤立非平衡系统的弛豫，该模型使用最速熵升（SEA）原理，其可表述为热力学状态空间中的变分原理。该模型能够导出此类系统的昂萨格关系（Onsager relations）。由于未做局域平衡假设，由此产生的共轭通量与力是系统状态空间子空间固有的，并利用亚平衡态（hypoequilibrium state）和非平衡强度性质的概念定义，这些概念描述了热力学状态空间子空间之间的非互易平衡状态。昂萨格关系被证明是系统的热力学运动学特征，独立于微观力学动力学的具体细节。研究了两类对应于热扩散与质扩散且具有不同约束（即守恒律）的弛豫过程。讨论了近平衡区域的线性行为以及远平衡区域的非线性行为。将平衡与近平衡领域中的热力学关系，包括吉布斯关系、克劳修斯不等式和昂萨格关系，推广到远平衡领域。由本征共轭通量与力张成的空间中的变分原理通过二次耗散势表达。作为一个应用，该模型被应用于由单粒子系综表示的系统的热与质扩散，其也可应用于简单多粒子系统。在近平衡领域还推导了唯象输运系数。