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动力学相和转变中的不可逆性。

Irreversibility in dynamical phases and transitions.

机构信息

Department of Physics, Yale University, New Haven, CT, 06511, USA.

Systems Biology Institute, Yale University, West Haven, CT, 06516, USA.

出版信息

Nat Commun. 2021 Jan 15;12(1):392. doi: 10.1038/s41467-020-20281-2.

DOI:10.1038/s41467-020-20281-2
PMID:33452238
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7810704/
Abstract

Living and non-living active matter consumes energy at the microscopic scale to drive emergent, macroscopic behavior including traveling waves and coherent oscillations. Recent work has characterized non-equilibrium systems by their total energy dissipation, but little has been said about how dissipation manifests in distinct spatiotemporal patterns. We introduce a measure of irreversibility we term the entropy production factor to quantify how time reversal symmetry is broken in field theories across scales. We use this scalar, dimensionless function to characterize a dynamical phase transition in simulations of the Brusselator, a prototypical biochemically motivated non-linear oscillator. We measure the total energetic cost of establishing synchronized biochemical oscillations while simultaneously quantifying the distribution of irreversibility across spatiotemporal frequencies.

摘要

活物质和非活物质在微观尺度上消耗能量,以驱动包括传播波和相干振荡在内的宏观涌现行为。最近的研究通过系统的总能量耗散来描述非平衡系统,但很少有研究说明耗散如何在不同的时空模式中表现出来。我们引入了一种不可逆性的度量,称为熵产生因子,以量化在不同尺度的场论中时间反转对称性是如何被打破的。我们使用这个标量、无量纲函数来描述布鲁塞尔振子(一种典型的生物化学动机非线性振荡器)模拟中的动力学相变。我们测量建立同步生物化学振荡的总能量成本,同时量化不可逆性在时空频率上的分布。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/3144/7810704/1f18d4c7c098/41467_2020_20281_Fig5_HTML.jpg
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