材料与生物系统测量中普遍存在的动力学时间不对称性
统计力学
2021-02-03 v1 软凝聚态物质
数学物理
math.MP
概率论
生物物理
摘要
许多对软凝聚态（例如生物与材料）系统的测量，将全系统相空间中投影出的低维可观测量作为时间的函数来追踪。例子包括动态结构因子、光谱与流变响应函数，以及由光镊、单分子光谱和分子动力学模拟得到的距離时间序列。在许多此类系统中，投影使得约化动力学成为非马尔可夫的，且该可观测量并未制备于平稳分布中，或并未从中初始采样并取平均。我们证明此类系统总是展现非平衡、时间不对称的动力学。即它们随时间演化时具有破缺的时间平移不变性，其方式酷似老化动力学。我们辨识出与时间平移对称性破缺相关的熵，它度量了潜在、隐藏自由度相对于其平稳态的瞬时热力学偏离。动力学时间不对称性是一种普遍现象，独立于 underlying 能量面，并且甚至频繁地可见于已完全达到平衡的系统之测量中。该发现对许多生物与材料系统的实验与模拟之诠释具有根本性意义。
引用
@article{arxiv.2102.01666,
title = {Ubiquitous Dynamical Time Asymmetry in Measurements on Materials and Biological Systems},
author = {Alessio Lapolla and Jeremy C. Smith and Aljaž Godec},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.01666},
year = {2021}
}