Analysis of entropy production in finitely slow processes between nonequilibrium steady states
利用Takahashi，Fujii，Hino和Hayakawa [1]提出的改进绝热近似方法，研究了Markov跳跃过程中非平衡稳态之间的慢变过程的熵产生.这种方法系统地改进了无限慢跃迁的绝热近似，并由此得到了非绝热修正，它与慢驱动微扰有密切的关系[2，3]。以Sagawa和Hayakawa [4]和Hatano和Sasa [5]的两种类型的超额熵产生为例进行分析，证实了领先的绝热贡献再现了已知结果，并得到了用协议参数空间中定义的热力学度量表示的非绝热修正.我们还数值研究了由此产生的两态系统中的过剩熵产生。
2022-04-09 cond-mat.stat-mech
Heat capacity in nonequilibrium steady states
我们展示了如何将热容的概念推广到非平衡系统。其主要思想是考虑当缓慢改变环境温度时，已经耗散的系统释放的多余热量。我们把马尔可夫跳跃过程的框架嵌入到小驱动系统的特定物理中，我们证明了热容可以在准静态极限中一致地定义。在远离热平衡的情况下，一个附加项出现在常体积下通常的能量-温度响应中，明确地表示为超额功。在围绕平衡动态的线性顺序中，额外项是能量驱动响应，并且它完全由局部细致平衡确定。例子说明了当远离平衡时，稳态热容如何变为负值。
2011-10-25 cond-mat.stat-mech
Representation of the nonequilibrium steady-state distribution function for sheared granular systems
我们推导出了用过剩自由能产生表示的非平衡稳态分布函数的表达式。这种表示类似于最近由Komatsu和Nakagawa [Phys. Rev. Lett. 100（2008），030601]依赖于使用微观时间反演对称性，但我们的表示也适用于剪切颗粒系统，其中这种对称性被打破。
2010-02-14 cond-mat.stat-mech
Fluctuations and response of nonequilibrium states
一个广义的波动响应关系被发现驱动的热系统的平衡。它的推导与动力学的许多细节无关，只需要是一阶的。结果给出了一个修正的平衡涨落耗散定理，在可观察的和过剩的动力学活动的扰动所造成的。以前的方法来解决这个问题的恢复和扩展在一个统一的计划。
2009-06-04 cond-mat.stat-mech
Representation of nonequilibrium steady states in large mechanical systems
最近导出了导热非平衡稳态概率分布的一种新的简明表示。该表示在“非平衡度”的二阶上是有效的，并且具有非常有启发性的形式，其中有效哈密顿量由过量熵产生确定。在这里，我们扩展到广泛的一类非平衡稳态实现的经典力学系统中的浴（水库）也定义在确定性力学。本扩展涵盖了这样的非平衡稳态与热传导，与粒子流（由外部场或由粒子库维持），并在振荡的外部场。我们还简化了推导过程并讨论了相应的满阶表示。
2008-05-20 cond-mat.stat-mech
Entropy and Nonlinear Nonequilibrium Thermodynamic Relation for Heat Conducting Steady States
在将熵和热力学推广到非平衡稳态的各种可能途径中，我们选择了以操作热力学和克劳修斯关系为指导的途径。在我们之前的研究中，我们推导出了NESS的扩展克劳修斯关系式，其中原始关系式中的热量被其“重整化”对应物（称为过剩热量）所取代，并且吉布斯-香农熵表达式由一个新的对称化吉布斯-香农表达式代替。在这里，我们集中在马尔可夫过程描述热传导系统，并开发一个新的方法来推导热力学关系。首先给出了推广克劳修斯关系的一个新的简单推导，并阐明了它与线性响应理论的密切关系。然后，我们推导出一个新的改进的扩展克劳修斯关系与“非线性非平衡”的贡献，这是书面的功和热之间的相关性。我们认为，“非线性非平衡”的贡献是不可避免的，并且一旦我们接受多余热量的（非常自然的）定义，它就被唯一地确定。此外，事实证明，为了在操作上确定非平衡熵与温度差的二阶的差，可以仅使用没有非线性项的先前的克劳修斯关系，或者必须使用新的关系，这取决于操作（即，参数空间中的路径）。这种奇特的“扭曲”可能是更好地理解NESS热力学和统计力学的线索。
2010-11-08 cond-mat.stat-mech
Generalized free energy and excess/housekeeping decomposition in nonequilibrium systems: from large deviations to thermodynamic speed limits
ICREA-Complex Systems Lab, Universitat Pompeu Fabra（ICREA复杂系统实验室，庞培法布拉大学）；Universal Biology Institute, The University of Tokyo（东京大学全球生物研究所）；Department of Physics No. 1, Graduate School of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科第一物理系）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）
本文提出非平衡系统中广义自由能的概念，通过大偏差变分原理分解流、力和耗散为保守的过剩部分和非保守的维持部分，并揭示过剩熵产的热力学速度限制。
2025-12-20 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Monotone return to steady nonequilibrium
我们提出并分析了一个新的候选李雅普诺夫函数松弛到一般的非平衡稳态。所提出的泛函是从时间对称涨落的大时间渐近性得到的。对于驱动马尔可夫跳跃或扩散过程，它测量动态活动率的超额。我们提出了数值证据，我们报告了一个严格的论点，其单调的时间依赖性接近稳定的非平衡或在一般足够长的时间后。这与基于熵产生的近似李雅普诺夫函数的行为形成对比，当远离平衡时，通常会表现出时间振荡，甚至接近平稳。
2011-06-01 cond-mat.stat-mech
Revisiting the Glansdorff-Prigogine criterion for stability within irreversible thermodynamics
Glansdorff和Prigogine（1970）提出了熵产生率的分解，今天主要被称为Hatano-Sasa方法。他们的背景是不可逆热力学，虽然忽略了波动，但仍然允许比基于Master或Fokker-Planck方程的处理更广泛。Glansdorff和Prigogine首先提出了过剩熵产生率$δ^2$ EP的概念，并提出$δ^2$ EP为正是非平衡宏观条件稳定性的充分判据。我们发现，非线性扩散，它们的过剩熵产生率本身是当地的自由能，这是接近平衡的功能，管理宏观波动的时间导数。过剩的$δ^2$ EP的积极性，我们国家的一个简单的充分条件，因此是等价的单调性在时间上的功能在放松到稳定的非平衡。也出现了一个关系，最近扩展的克劳修斯热定理接近平衡。$δ^2$ EP的正性直接意味着过剩热量的克劳修斯（不）等式。最后一个相关的问题涉及涨落泛函、非平衡自由能的操作意义，以及它们如何进入不可逆热力学。
2015-03-04 cond-mat.stat-mech
Integrated covariances as excess observables weighted by currents and activities
University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文提出了一种统一框架，用于计算非平衡稳态中整合协方差的对称和反对称部分，并建立了其与熵产生和循环亲和力的热力学关系。
2026-03-09 cond-mat.stat-mech
Exact computation of heat capacities for active particles on a graph
非平衡热容量的概念对于生物能量学和更一般的活性材料的量热法是重要的。它围绕着在不同非平衡条件之间的准静态松弛过程中耗散的多余热或多余功的概念。我们给出了确切的结果，积极的随机游走移动在一个能量景观图，计算采用矩阵树和矩阵森林定理的基础上。该图解法适用于局部细致平衡物理条件下的任何马尔可夫跳过程，并不限于本文所给的例子。
2022-12-20 cond-mat.stat-mech
Statistical forces from close--to--equilibrium media
本文围绕驱动介质的细致平衡，讨论了准静态探针上一阶统计力的物理意义。利用准静态能量学和（McLennan）定常非平衡系综的结构，我们发现统计力在探针位移后的弛豫过程中得到一个非平衡修正，该修正来自于驱动力对介质的超额功。这在更一般的范围内重新表述了N. Nakagawa（Phys.Rev.E90，022108（2014））关于弱非平衡绝热泵浦的热力学方面。它还提出了一个可能的操作工具，用于访问一些过剩量在稳态热力学。此外，我们表明，耦合到弱驱动介质的（宏观）探针的点吸引子实现最小熵产生原理的预测。最后，我们提出了一种方法来测量通过不同的过渡通道的相对动力学活动，通过测量的统计力引起的一个合适的驱动。
2015-11-12 cond-mat.stat-mech
Limits of Predictions in Thermodynamic Systems: A Review
在过去的二十年里，由于随机过程理论及其热力学解释的进步，人们对非平衡态热力学的兴趣又重新抬头。涨落定理提供了对任意远离热平衡的系统的动力学的基本约束。热力学不确定性关系约束了各种过程中精度的耗散成本。超额功和超额热的概念为完整的非平衡稳态热力学提供了基础，包括广义克劳修斯关系和热力学势。但这些一般性的结果也有其局限性：涨落定理涉及指数平均值，它可能敏感地依赖于不可观测的罕见轨迹;稳态热力学使用的是缺乏任何直接物理解释的对偶动力学。这篇评论的目的是提出这些当代非平衡热力学的核心结果，以这样一种方式，使每个索赔的权力，使物理预测可以清楚地评估，使用的例子，从当前的主题在软物质和生物物理学。
2017-11-15 cond-mat.stat-mech
Excess entropy production in quantum system: Quantum master equation approach
对于由量子主方程（QME）描述的开放系统，研究了准静态操作下非平衡稳态之间的超熵产生。平均熵产生由瞬时稳态熵产生率的时间积分和超熵产生组成。我们建议使用平均能量和粒子流来定义平均熵产生率，这些平均能量和粒子流是通过使用QME的全计数统计来计算的。过剩熵产生由控制参数空间中的线积分给出，其被积函数称为Berry-Sinitsyn-Nemenman（BSN）向量。在弱非平衡区，我们证明了BSN矢量可以用$\ln \breveρ_0$和$ρ_0$来描述，其中$ρ_0$是QME的瞬时稳态，$\breveρ_0$是通过反转Lamb位移项的符号得到的QME的瞬时稳态.如果系统的哈密顿量是非简并的或兰姆位移项可以忽略，则过剩熵产生近似地减少到系统的冯诺伊曼熵之间的差。此外，我们还指出，在经典Markov跳过程中得到的熵产生的表达式与我们的结果不同，并且表明它们仅在弱非平衡态下近似等价.
2017-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Extended Clausius Relation and Entropy for Nonequilibrium Steady States in Heat Conducting Quantum Systems
最近，在他们试图构建稳态热力学（SST），小松，Nakagwa，Sasa和Tasaki发现了一个扩展的克劳修斯关系的非平衡稳态在经典的随机过程。在这里，我们得到一个量子力学版本的扩展克劳修斯关系。我们考虑一个小的系统的利益，重视发挥作用的热浴的大系统。我们仅用真正的量子动力学，实现了小系统的导热非平衡稳态。研究了系统参数突变时稳态的响应，证明了用“多余热”代替“热”的扩展克劳修斯关系式在温差较小时是有效的。此外，我们表明，出现在关系的熵是类似的冯诺伊曼熵，但有一个额外的对称性，关于时间反演。我们相信，目前的工作开辟了一个新的可能性，在量子系统中的非平衡现象的研究，也证实了Komtatsu等人的方法的鲁棒性。
2011-12-20 cond-mat.stat-mech
Negative specific heats: where Clausius and Boltzmann entropies separate
本文利用马尔可夫模型研究稳态非平衡系统中负热容的起源，揭示其源于准势与赝势之间的反相关，分别对应克劳修斯熵与玻尔兹曼熵，并可通过有效温度进行量化。
2025-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How statistical forces depend on thermodynamics and kinetics of driven media
本文研究了非平衡环境对准静态探针的统计力。在线性区，探头上的等温功等于介质在探头位移时松弛到新的稳定状态所做的超额功。此外，反应路径的相对重要性可以通过统计力来测量，从第二阶开始，探针上的力揭示了介质反应性的非平衡变化的信息。我们还表明，非平衡介质的统计力一般是非加性的，在平衡的情况下。对力的非热力学修正和它们的非可加性都对任何非平衡稳态热力学公式提出了严格的限制。
2015-04-21 cond-mat.stat-mech
Information geometry of transitions between quantum nonequilibrium steady states
本文利用信息几何方法研究量子非平衡稳态之间的跃迁，将非绝热熵产生与 Kubo-Mori-Bogoliubov 量子 Fisher 信息对应的黎曼度规联系起来，通过测地线方程求最小耗散路径，并给出任意快速过程中过量熵流的上界。
2025-09-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Unified Nonequilibrium Framework: Thermodynamic Distance, Dissipation, and Stationary Laws via Effective State Count, Variational Stationarity, and Thermodynamic Bounds
本文提出一个基于有效态计数的非平衡热力学变分框架，定义热力学距离并分解熵产生，导出涨落对称性与热力学界。
2025-09-10 cond-mat.stat-mech
Numerical examination of steady-state thermodynamics from the entropy connected to the excess heat
我们用数值方法确定了热传导状态的熵，它与被认为是非平衡态稳态热力学的基本量的所谓过剩热有关。我们采用一种有效的方法从裸热流中估算熵，发现所得熵与我们熟悉的局域平衡假设符合得很好。该方法比局部平衡方法具有更广泛的适用性，为比较复杂系统的热力学性质和局部平衡的热力学性质提供了可能。我们进一步研究了热传导态的熵，发现它既具有广延性又具有可加性;然而，这两种性质并不相互退化，与平衡态的熵不同。外延性和可加性的分离使得热力学方法难以应用。
2016-03-13 cond-mat.stat-mech
Fluctuations When Driving Between Nonequilibrium Steady States
由环境通量维持的生物系统是远离平衡运行的热力学过程，没有详细的平衡动力学。然而，他们往往表现出良好的定义非平衡稳态（NESSs）。更重要的是，关键的热力学功能直接产生于它们的NESS之间的转换，由环境切换驱动。在这里，我们确定了多余的热力学量，骑以上的NESS内务背景的限制。我们这样做的克鲁克斯波动定理之间的过渡NESS扩展，而不调用非物理的双重动力学。这个和相应的积分涨落定理决定了当控制系统远离平衡时必须花费多少功。这概括了反馈控制理论，表明麦克斯韦恶魔可以利用介观状态信息，以利用多余的能量在NESS过渡。总而言之，这些都指向普遍的热力学定律，这些定律可以直接应用于任何等级组织的涌现层次上的有效动态中的可获得的自由度。作为说明，这容易允许分析电压门控钠离子通道，其分子构象动力学在哺乳动物神经元膜中传播动作电位中起关键功能作用。
2016-10-29 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Force-current structure in Markovian open quantum systems and its applications: geometric housekeeping-excess decomposition and thermodynamic trade-off relations
本文提出开放量子系统中力与流的反厄米算子结构，证明熵产生率由其乘积给出，并扩展了随机热力学的几何分解与热力学权衡关系。
2025-03-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal energy-speed-accuracy trade-offs in driven nonequilibrium systems
本文针对外部控制器不完美的非平衡驱动系统，推导出耗散功的渐近紧致下界，该下界在最优驱动时退化为热力学速度极限，并结合最优输运流匹配方法实现可扩展的最小耗散协议优化。
2024-12-29 cond-mat.stat-mech
Homeostatic and Adaptive Energetics: Nonequilibrium Fluctuations Beyond Detailed Balance in Voltage-Gated Ion Channels
随机热力学在描述平衡态和远离平衡态的现象方面取得了很大的成功。然而，应用于介观复杂系统--尤其是生物系统--仍然有许多机会，这些系统的有效动力学常常违反细致平衡，而且其微观自由度往往未知或棘手。在回顾过剩和内务能量-系统的耗散的自适应和稳态组件-我们扩展随机热力学与轨迹类波动定理的非平衡稳态，非详细平衡的复杂系统。然后，我们采取的电压门控钠和钾离子通道的神经生物学的例子来应用和说明的理论，阐明他们的非平衡行为下的生物药理学合理的动作电位驱动。这些结果揭示了未来实验的挑战，并强调了理解复杂系统热力学的可能进展-而无需详尽了解每个潜在的自由度。
2022-11-06 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Long-Range Nonequilibrium Correlations as a Thermodynamic Speedometer
Rathinam Technical Campus（拉蒂纳姆技术校园）
本研究通过边界驱动的对称简单排斥过程，将非局域大偏差泛函与有限时间热力学不可逆性关联，发现最慢流体动力学模式的滞后受过剩熵产生率上界约束，建立了长程关联与耗散的定量联系。
2026-10-07 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Classical to quantum crossover in high-current noise of one-dimensional ballistic wires
微观的电流波动与电导是分不开的。我们给出了一个积分帐户的量子化电导和非平衡热噪声在一维弹道导线。我们的强电流噪声理论为这种系统打开了一扇非常不同的窗户。非平衡弹道噪声的作用的核心是它对载流子统计的直接和鲁棒的依赖。因为，随着密度的增加，它们经历了从经典到强简并行为的显著交叉。这是非常明显的两个探针电导显示量化的步骤：即，在离散的子带能量阈值。在那里，场激发弹道电子的过量热噪声显示出尖锐而大的峰值，总是大于散粒噪声。最重要的是非平衡峰对开放系统内的非弹性弛豫的高灵敏度。通过这种灵敏度，高电流噪声提供了独特的线索，量化接触电阻的起源和它的演变向正常扩散传导。
2001-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Fluctuation relations without microscopic time reversality: Generalized Green-Kubo relation and integral fluctuation theorem for uniformly sheared granular systems
我们推导出广义格林-久保关系和适用于均匀剪切颗粒系统中的微观时间反演对称性被打破的波动定理的积分形式。前一个关系提供了一个精确的表示非平衡稳态性能的时间-关联函数描述从初始静态到最终剪切稳态的瞬态动力学的积分。我们还调查的影响，积分波动定理的方法走向稳定状态和稳定状态的分布函数的可能形式的过剩热力学函数。
2009-06-10 cond-mat.stat-mech
