化学波的热力学

化学波是构成反应扩散系统中一类已知的耗散结构。它们在生物学中起着关键作用，快速传播信息以同步和协调生物事件。我们发展了一种严格的反应扩散系统热力学理论来刻画化学波。我们的主要结果是将局域动力学的恰当热力学势定义为非平衡自由能密度，并建立其平衡方程。这使我们能够识别自由能、耗散以及维持波传播所做功的动力学。考察了两类典型的化学波。从热力学视角看，第一类由趋向平衡的弛豫所维持，第二类由化学恒定源产生的非保守力所维持。我们使用 Fisher-Kolmogorov 方程作为第一类的代表解析地研究了阶跃状波（称为波前），并使用 Brusselator 模型中的振荡波作为第二类的代表。鉴于化学波作为生物系统中信息载体的基础作用，我们的热力学理论构成了理解生物学中信息传输与处理的重要一步。