活性物质的不可逆性的热力学本质

活性物质描述其组元将周围环境的能量转化为定向运动的系统，例如细菌或催化胶体。我们为相互作用活性粒子的稀薄悬浮液建立了一条热力学定律，其形式为准动态与热力学之间的显著直接联系：在非平衡稳态中建立不可逆性的速率是热力学系统参数的状态函数，即粒子数、温度，以及作为活性物质显著特征的游动压强。如同随机热力学中著名的涨落定理，不可逆性是一种动力学度量，量化微观粒子轨迹打破时间反演对称性的程度，而无需参照通常不可观测的自推进潜在过程。我们针对具有短程排斥相互作用的活性 Ornstein-Uhlenbeck 粒子这一范式模型推导了该结果。基于数值模拟和启发性论证，我们进一步给出了一个精细化关系，其有效性从稀薄区扩展至相分离（MIPS）区。