Microscopic reversibility for classical open systems
我们严格表明，有一个特定的轨迹的外部扰动经典开放系统的概率满足Liouvillian可逆动力学的普遍对称性。它将时间向前和反向轨迹的概率之间的比率与最终相空间分布的时间反转不对称性的程度联系起来。事实上，如果最终状态处于平衡状态，则正向和反向净转移概率相等，这给出了细致平衡原理的推广。另一方面，当外部强迫维持系统处于非平衡状态时，它表现出时间正向和反向轨迹概率的不对称性。特别是，它给出了一个微观表达式的热量流动到一个系统从水库的子动力学似乎是一个马尔可夫随机过程。此外，它的微观可逆性的表达式成立的保守和耗散动力学与任意的初始状态和外部强迫。
2012-02-25 cond-mat.stat-mech
Fractional generalization of Fick's law: a microscopic approach
在研究非均匀系统中的输运问题时，通常采用非均匀Fick定律来构造输运方程。这种方法的有效性要求系统中至少存在两种成分。首先，与主导输运过程相关的有限特征长度和时间尺度必须存在。其次，输运机制必须满足微观对称性：全局可逆性。全局可逆性通常在本质上是满足的。然而，许多复杂系统表现出缺乏有限的特征标度。在这封信中，我们将展示如何构建一个推广的非齐次费克定律，不需要存在的特征尺度，同时仍然满足全球可逆性。
2007-12-11 cond-mat.stat-mech
Linking Microscopic Reversibility to Macroscopic Irreversibility, Emphasizing the Role of Deterministic Thermostats and Simple Examples, At and Away From Equilibrium
分子动力学和统计力学使基于粒子的热力学和流体力学的理解成为可能，包括时间可逆的原子力学和纳入宏观流体和固体力学的时间不可逆的热力学耗散之间的迷人的洛夏矛盾。
2012-06-24 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Rotational diffusion under torque: Microscopic reversibility and excess entropy
我们考虑两个系统的转动扩散-一个宏观自旋下的外部磁场，和一个粒子扩散的表面上的一个球下的外部扭矩。两种情况下的微观状态在时间反转下的变化是不同的。这导致宏观自旋的随机熵产生（EP）的克劳修斯依赖性，以及球上粒子扩散的过量EP。两种情况下的总EP都服从涨落定理。对于宏观自旋，我们导出了绝热极限下总EP概率分布的解析表达式。数值模拟结果表明，EP的分布函数与理论预测符合得很好。
2016-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Microscopic Irreversibility and the H Theorem
时间反演一直被认为是物理学在基本水平上的对称性。在本文中，我们将探讨违反时间反演对称性的基本水平和热力学系统的后果。首先，我们将从当前物理学的角度论证宇宙动力学不是时间反演不变的。第二，我们将论证任何热力学系统都不能与宇宙的其余部分隔离开来。然后，我们讨论这两个如何使热力学系统的动力学在经典和量子水平上非常弱的不可逆。由于时间反演不再是现实系统的对称性，宏观不可逆性如何从微观可逆性产生的问题变得无关紧要，因为不再有微观可逆性。在热力学系统的经典水平上，我们证明了即使没有微观可逆性，玻尔兹曼的H定理仍然成立。我们通过推导一个修正的H定理来做到这一点，该定理仍然表明熵单调增加。在量子水平上，我们显示了CP破坏的影响，小的不可逆变化的核和原子的能级的热力学系统的内部状态。因此，我们消除了洛施密茨对玻尔兹曼思想的反对。
2012-10-30 cond-mat.stat-mech
Symmetry relations in chemical kinetics arising from microscopic reversibility
结果表明，具有相同平衡常数但不同初始条件的时间可逆化学反应的动力学，通过一个类似于化学细致平衡的可直接测量的对称关系，彼此密切相关。然而，与细致平衡相反，这种关系不需要了解反应的基本步骤，并且在速率常数的概念不明确的情况下仍然有效，例如在非常短的时间内和存在低活化势垒的情况下。对溶液中的异构化模型进行了数值模拟，说明了在这种条件下的对称性，并指出了在蛋白质折叠-去折叠中的潜在应用。
2005-12-06 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
The (absence of a) relationship between thermodynamic and logical reversibility
Landauer擦除似乎在热力学和信息处理（逻辑计算）之间提供了强有力的联系。唯一需要产生热量的逻辑操作是逻辑上不可逆的操作，最小的热量产生是每丢失一位信息产生$kT \ln 2$。然而，它将显示逻辑可逆性既不意味着，也不意味着热力学可逆性。通过研究逻辑上不可逆的物理可逆运算，可以表明信息和熵虽然具有相同的形式，但在概念上是不同的。
2004-06-27 cond-mat.stat-mech physics.gen-ph physics.hist-ph
Microscopic and Macroscopic Rayleigh-Benard Flows : Continuum and Particle Simulations, Turbulence, Fluctuations, Time Reversibility, and Lyapunov Instability
我们讨论的不可逆性，非局部性，和波动，以及Lyapunov和流体动力学不稳定性特征原子，光滑粒子，和有限差分解决方案的二维瑞利-贝纳德问题。为了加快数值分析，我们控制的瑞利数的时间依赖性，以便包括许多不同的流动形态在一个单一的模拟。这些计算算法的相对简单的性质和丰富的结果，他们可以产生这样的研究和他们的解释特别适合研究生水平的研究。
2012-05-21 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Diffusion coefficient and power spectrum of active particles with a microscopically reversible mechanism of self-propelling
催化活性大分子被设想为人工纳米马达开发的关键构件。然而，理论和实验报告相互矛盾的结果，他们的动态。缺乏共识主要是由于对纳米级自推进机制的细节了解有限。在这里，我们研究了一个自推进纳米粒子的通用模型，它不依赖于特定的机制。相反，它的主要假设是化学反应微观动力学的基本对称性：微观可逆性原理。如果我们使粒子受到外部时间周期力的作用，就会产生这个假设的重要结果。粒子扩散系数，然后增强相比，无偏动力学。这种增强可以通过力的振幅和频率来控制。我们还推导出粒子轨迹的功率谱。在新的效果来自微观可逆性的增强频谱在所有的频率和S形过渡和旋转扩散和外部强迫的特征频率的峰值。微观可逆性是一类广泛的化学反应的一般性质，因此我们期望所呈现的结果将激发旨在测试我们预测的新实验研究。这可能为催化大分子的动力学提供新的见解。
2022-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Asymmetry of forward/backward transition times as a non-equilibrium measure of complexity of microscopic mechanisms
在一维随机游动中，由于微观可逆性，即使存在偏差，每个方向跃迁的等待时间也是相同的。研究了双通道格点上随机游动的前向/后向跃迁时间的对称破缺。我们发现，无论是过渡时间可以更快，这取决于晶格的净电流，和对称性恢复只有在平衡。我们的分析表明，前向/后向转移时间的不对称性可以作为一个衡量偏离平衡的系统。
2020-07-14 cond-mat.stat-mech
Characterizing steady state and transient properties of reaction-diffusion systems
在过去，对反应扩散系统的研究极大地促进了我们对远离平衡态的多体系统行为的理解。在本文中，我们的目的是在其稳定状态和平稳性的扩散限制反应的性质进行表征。许多反应扩散系统都具有微观可逆性被破坏的特性，使得它们的瞬态行为不能通过研究文献中讨论的大多数观测量来研究。出于这个原因，我们分析的瞬态性能的反应扩散系统通过一个特定的工作观察，仍然很好地定义，即使在微观可逆性的情况下，并遵守一个确切的详细的波动关系的情况下，满足细致平衡。因此，我们通过依赖于时间的反应速率驱动系统脱离它们的非平衡稳态。利用数值精确方法和计算机模拟，我们分析了在正向和反向过程中获得的概率分布的波动率。我们发现，潜在的微观动力学引起的特殊性的配置空间轨迹，从而产生突出的特点，在波动率。
2009-11-18 cond-mat.stat-mech
A general theory for irreversible thermodynamics
我们证明，不可逆性产生于微观可逆性的原则和存在的记忆中的时间演化的一个单一的副本的系统驱动的协议。我们引入微观可逆性的概念，使用协议和路径依赖的热力学函数，定义在J. R。Arias-Gonzalez，arXiv：1511.08017 [cond-mat.stat-mech]，以及使用非马尔可夫性概念的记忆，如J.R.阿里亚斯-冈萨雷斯，arXiv：1511.06139 [cond-mat.stat-mech]。我们将功定义为自由能的变化，将热定义为微观系统的熵的变化，单个路径服从协议。我们发现所有的非平衡统计都是自然产生的。特别是，我们得到最已知的波动定理，并制定其他两个。虽然能量守恒调用的水平上的个人途径和整体平均过程中，热力学第二定律和时间箭头，这是唯一的整体平均过程中完成，被证明是微观可逆性和非Markovianity的后果。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Microscopic Reversibility and Emergent Elasticity in Ultrastable Granular Systems
在最近的一篇论文[Phys. Rev. X 12，031021]中，我们报道了在受到小振幅循环剪切的剪切堵塞颗粒系统中的“超稳定”状态的实验观察。在这样的状态下，所有的颗粒位置和接触力在每个剪切循环之后被再现，使得应力和颗粒位置的选通图像看起来是静态的。在目前的工作中，我们报告进一步分析这些实验的数据，以表征全球和本地的超稳态响应在一个剪切周期内，而不仅仅是频闪的动态。我们发现，超稳定状态遵循幂律关系的剪切模量和压力的指数$β\approx 0.5$，让人想起附近的临界标度律堵塞。我们还研究了使用光弹性测量法测量的接触力的演变。我们发现，有两种类型的接触：非持久性接触，可逆地打开和关闭;和持久性接触，从来没有打开\yiqiu{and display no measurable sliding}。我们表明，非持久接触的紧急剪切模量作出不可忽略的贡献。我们还分析了应力张量的空间相关性，并将其与最近的颗粒固体的突发弹性理论，颗粒力学和动力学的矢量电荷理论（VCTG）[Phys. Rev. Lett. 125，118002，arXiv：2204.11811]。我们表明，我们的实验结果可以很好地拟合VCTG，假设单轴对称的接触网络。拟合结果表明，超稳态对外加应力的响应比原始剪切堵塞状态的响应更具有各向同性。我们的研究结果提供了重要的洞察力的机械性能的摩擦颗粒状固体剪切。
2022-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Driven lattice glass as a ratchet and pawl machine
边界诱导输运的粒子系统与异常扩散表现出整流，负电阻，和滞后现象取决于驱动器的方式作用于边界。研究了一维系统的可解性问题，该系统的特征在于幂律扩散系数，并耦合到两个不同化学势的粒子库。特别是，它示出了这样的扩散模型的微观实现提供了由3D驱动的晶格气与动力学约束，其中能量障碍是不存在的和本地微观可逆性举行。
2001-10-24 cond-mat.stat-mech
Temporal reversibility of reactive systems out of equilibrium: Molecular dynamics simulation
本文针对等温反应系统在非平衡态下时间可逆性的理论悖论，通过分子动力学微观模拟探索完全均匀系统假设及局部涨落对该现象的影响。
2025-01-29 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Instantaneous equilibrium Transport for Brownian systems under time-dependent temperature and potential variations: Reversibility, Heat and work relations, and Fast Isentropic process
建立了布朗粒子在任意温度和势随时间变化的情况下的瞬时平衡跃迁理论。结果表明，它是必要的，以考虑欠阻尼动力学的温度变化的过渡。ieq是由一个随时间变化的辅助位置和动量势，它可以计算给定的随时间变化的过渡协议。显式的解析结果推导出的工作和热统计，能量和熵变化的谐波和非谐波捕获势与任意时间相关的潜在参数和温度协议。计算了相应的朗之万动力学的数值解，证实了理论结果。虽然由于控制参数的奇宇称性，逆过程ieq跃迁不是正过程ieq跃迁的时间反演，但它们的相空间分布函数恢复了时间反演的对称性，因此逆过程ieq跃迁的能量和熵变只是正过程ieq跃迁的负值.此外，它表明，它是可能的，以构建一个ieq过渡，具有零熵产生在有限的过渡率，即，一个快速ieq等熵过程，并进一步证明了显式朗之万动力学模拟。我们的理论为设计受控的微观热机循环提供了基础。本文还讨论了建立一个高效布朗热机的意义。
2021-08-05 cond-mat.stat-mech
Fick and Fokker--Planck diffusion law in inhomogeneous media
本文讨论了空间非均匀介质中粒子的扩散问题。从微观的观点来看，我们考虑独立的粒子随机演化的晶格。我们表明，可逆性条件有一个离散的几何解释与非定向边和顶点的权重。我们考虑流体动力学扩散标度，作为一个宏观的演化方程，福克-普朗克方程对应的可逆的空间非均匀扩散过程的概率分布的演变。可逆性的几何宏观对应物被编码成张量度量和正函数。当空间不均匀性只与边缘权值相关时，得到了具有非均匀扩散矩阵的Fick定律。我们还讨论了系统的一些相关性质，如非齐次爱因斯坦关系和上坡扩散的可能性。
2018-07-13 cond-mat.stat-mech
Time-(ir)reversibility in active matter: from micro to macro
该综述围绕活性物质动力学现象与时间可逆性破缺的关联，厘清时间之矢与非玻尔兹曼稳态涨落的作用，证明多尺度下存在有效时间可逆描述，为活性材料设计的平衡态统计力学方法应用提供参考。
2021-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A generalization of Onsager's reciprocity relations to gradient flows with nonlinear mobility
Onsager 1931年的“互易关系”结果将微观时间可逆性与相应宏观演化方程的对称性联系起来。在众多的后果是变分表征的宏观演化方程作为梯度流，最陡上升，或最大熵产生方程。昂萨格的原始定理仅限于接近平衡的情况，具有高斯不变测度和线性宏观演化。在本文中，我们推广这个结果超出这些限制，并显示如何微观时间可逆性导致自然的广义对称性条件，它采取的形式广义梯度流。
2016-01-31 cond-mat.stat-mech math.DS math.PR
Mechanochemical fluctuation theorem and thermodynamics of self-phoretic motors
微观动力学方面的推进纳米电动机的自泳机制被认为是。通过自扩散电泳推进依赖于流体速度场和由马达表面上的不对称催化反应引起的浓度场之间的机械化学耦合。这种耦合的热力学和微观可逆性的基础分子动力学之间的一致性进行了研究。为此，耦合Langevin方程的平移，旋转，和化学波动的自泳电机推导。还推导了在时间间隔t内发生n个反应事件后，在位置r处找到发动机的联合概率的机械化学涨落定理。一个重要的结果，从这个分析是识别的效果，这是互惠的自推进的扩散电泳，这导致燃料合成的可能性，通过机械化学耦合到外力和扭矩。
2017-06-18 cond-mat.stat-mech
Single-vehicle data of highway traffic: microscopic description of traffic phases
我们提出了一个详细的分析单车辆的数据，揭示了一些车辆的微观相互作用。除了分析自由流和同步交通的数据集，特别是提供信息的广泛堵塞，持续了很长一段时间。在远离坡道的位置收集数据，并且在没有速度限制的情况下，可以与理想的交通模拟进行比较。我们还解决了一些悬而未决的问题有关的时间车头时距分布。
2002-03-17 cond-mat.stat-mech
Machine Learning the H-theorem
Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（理论物理研究所，阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP), University of Amsterdam（荷兰新兴现象研究所（DIEP），阿姆斯特丹大学）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（高级研究研究所，阿姆斯特丹大学）
本文通过机器学习方法研究H定理的微观基础及其与时间箭头的关系，利用DeepSets架构捕捉H函数的不可逆性。
2026-07-29 cond-mat.stat-mech cs.LG
A derivation of a microscopic entropy and time irreversibility from the discreteness of time
所有基本的微观物理定律都是时间可逆的。相反，热力学第二定律是世界的宏观物理表示，它能够通过熵S大于0的变化来描述孤立系中的不可逆过程。这是本手稿的尝试桥梁微观物理世界与宏观一个替代方法比统计力学理论的吉布斯和玻尔兹曼。提出了时间是离散的，步长为常数。其结果是，如果当前力具有复杂性质（即不是常数），则在微观水平上存在时间不可逆性。为了比较这种离散时间不可逆机制（为简单起见，选择一维空间中的经典单个粒子）与其经典牛顿模拟，通过将任何给定时间步n的时间步缩放变量sn以导致Nose-Hoover拉格朗日量来重新引入时间可逆性。相应的Nose-Hoover哈密顿量包括项Ndf *kB*T*ln（sn）（其中kB是玻耳兹曼常量，T是温度，Ndf是自由度的数量），其被定义为在时间点n处的微观熵Sn乘以T。在系综平均时，对于不具有快速变化力的系统，平衡中的微观熵Sn近似于热力学中已知的宏观熵。所提出的推导与所得到的系综平均微观熵及其热力学模拟之间的类比表明，玻尔兹曼和吉布斯对熵的原始描述只是时间标度变量sn的系综平均，该变量处于接近1的平衡状态，但熵项本身的根源不是统计力学，而是时间的离散性。
2014-03-28 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Fluctuation-dissipation relations: achievements and misunderstandings
本文讨论了我们在1977-1984年首次提出的“广义涨落-耗散关系（定理）”，作为微观动力学的时间对称性（可逆性）的物理-物理结果。它表明，特别是，我们的旧结果在本质上包含，作为替代配方或特殊情况下，各种类似的关系，包括“波动定理”，什么出现在1990年之后。
2013-04-29 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph
Derivation of the particle dynamics from kinetic equations
我们考虑Bogolyubov发现的Boltzmann-Enskog方程的微观解。时间不可逆动力学方程具有时间可逆微观解的事实相当令人惊讶。我们分析了这个悖论，并表明，Boltzmann-Enskog方程的可逆性或不可逆性取决于所考虑的一类解决方案。如果所考虑的解具有δ函数和的形式，则方程是可逆的。如果所考虑的解属于连续可微函数类，则方程是不可逆的。同时，我们构造了所谓的近似微观解。这些解是连续可微的，并且在有界时间区间上是可逆的。这种分析提出了一种方法来协调时间不可逆的动力学方程与时间可逆的粒子动力学。通常人们试图从质点动力学推导出动力学方程。相反，我们假设Boltzmann-Enskog方程或另一个动力学方程，并将其微观解视为粒子动力学。因此，我们建议，从动力学方程中，推导出一种微观动力学方程，而不是从微观动力学方程中推导出动力学方程。
2012-04-24 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Anomalies, absence of local equilibrium and universality in 1-d particles systems
从理论和实验的角度来看，一维系统正在进行深入的研究，因为它们具有相当独特的特性，这些特性具有概念和技术上的意义。我们分析的依赖一维，时间反演不变，非平衡系统的行为上的参数定义其微观动力学。特别是，我们考虑链的相同的振荡器通过硬核弹性碰撞和谐波电位，驱动边界Nosé-胡佛恒温器相互作用。它们的行为定性地反映了随机驱动系统的行为，表明异常性质是一维物理学的典型特征。混沌本身不会导致标准行为，因为它不能保证局部热力学平衡。发现密度涨落与温度分布之间存在线性关系。这种联系和主要观测量波动的时间不对称性对恒温器参数的修改和动态的扰动是鲁棒的。
2011-03-05 cond-mat.stat-mech
Coarse-Graining via Lumping: Exact Calculations and Fundamental Limitations
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；University of Padova, and INFN, Sezione di Padova（帕多瓦大学及意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Department of Physics, Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校物理系）；National Institute for Theory and Mathematics in Biology, Northwestern University and The University of Chicago（西北大学与芝加哥大学生物理论与数学国家研究所）
本文提出一种通过聚合构建半马尔可夫模型的方法，精确计算微观动力学的熵产统计，并揭示了非平衡推理策略的可能性。
2025-12-12 cond-mat.stat-mech math.SP physics.bio-ph
Microscopic theory for the glass transition in a system without static correlations
本文研究了长为L的无限细硬杆的取向动力学，其质心固定在晶格常数为a的简单立方晶格上.通过引入有效转动扩散常数D（l），l=L/a，我们近似了周围硬杆对一对硬杆动力学的影响.我们得到D（l）~ [1-v（l）]，其中v（l）是通过一对孤立杆的含时矩-矩相关器的积分给出的。当v（l_c）=1时，在l_c处发生玻璃化转变.我们给出了v（l）的变分和数值精确计算，在l_c附近扩散常数随D（l）~（l_c-1）^γ而减小，其中γ=1.我们的方法预测在没有任何静态相关的玻璃化转变，与目前形式的模式耦合理论。
2002-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Discrete time crystals in the absence of manifest symmetries or disorder in open quantum systems
在周期驱动的开放量子系统中，我们建立了亚稳态和离散时间结晶相之间的联系。我们强调的机制既不需要系统显示任何微观对称性，也不需要无序的存在，而是依赖于亚稳态的出现。我们在一个开放的量子自旋系统中详细研究了这一点，这是一个正则模型，用于探索强相互作用耗散里德堡气体中的集体现象。在这里，一个半经典的方法揭示了一个强大的离散时间结晶相的出现在热力学极限，其中亚稳态，耗散和粒子间的相互作用发挥了至关重要的作用。我们进行大规模的数值模拟，以调查的相互作用的范围，从所有到所有的短程的依赖性，和缩放与系统尺寸的时间晶体的寿命。
2019-01-09 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
