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
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
Time Reversibility of Quantum Diffusion in Small-world Networks
研究了Watts-Strogatz（WS）小世界网络中紧束缚电子的时间反演动力学。在时间$t=0$的局部化初始波包随着时间的进行而扩散，直到在反转时间$T$进行时间反转操作以及强度$η$的动量扰动。通过$I \equiv |Π(t = 2T) - Π(t = 0)|$测量时间不可逆性，其中$Π$是测量波函数扩展性的参与比，并且为了方便起见，即使在时间反转之后也向前测量$t$。当$η= 0$时，$T$之后的时间演化使得$t=2T$处的波函数与$t=0$处的波函数相同，我们发现I=0，这意味着零不可逆性或完全可逆性。另一方面，随着$η$从零增加，可逆性变弱，并且我们观察到不可逆性的增强。我们发现在弱扰动区域$I$随$η$的增加而线性增加，并且WS网络中的不可逆性比局部规则网络中的不可逆性强得多.
2012-01-02 cond-mat.stat-mech
Reversibility of dynamics and multiple-quantum coherences
在自旋系统中，时间反演实验（演化、微扰、时间反演演化）中的洛斯赫特回波衰减与多重量子相干性的产生有关。将该方法推广到其他系统，并分析了量子动力学可逆性的一般问题。
2014-12-28 cond-mat.stat-mech math.DS quant-ph
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
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
Target search of active particles in complex environments
本文将转移路径理论及转移路径采样算法推广到非平衡活性粒子系统，系统表征了活性布朗粒子的目标搜索路径系综，并推广承诺函数概念，通过樟脑自推进圆盘实验验证了理论。
2023-04-13 cond-mat.soft 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
Integrability-protected adiabatic reversibility in quantum spin chains
本文研究了海森堡各向异性量子自旋-- $1/2$链在含时磁通量作用下的非平衡动力学。在最近开发的广义流体力学（GHD）的精神，我们利用任何通量值的模型的可积性，以获得一个精确的描述的动态限制缓慢变化的通量：系统的状态描述在任何时候由一个依赖于时间的广义吉布斯系综。根据各向异性$Δ$的值，出现两个动力学区域。对于$|Δ| > 1$，可逆性被保留：每当通量回到零时，初始状态总是恢复。相反，对于$|Δ| < 1$，准粒子的不稳定性产生不可逆的动力学，纠缠熵的急剧增长证实。在这种情况下，标准的GHD描述变得不完整，我们通过最大熵产生原理对其进行补充。我们测试我们的预测对数值模拟找到很好的协议。
2018-11-19 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Local reversibility and entanglement structure of many-body ground states
量子多体系统的低温物理在很大程度上受其基态结构的控制。基态使局域相互作用的能量最小化，通常反映强的局域性，例如纠缠熵的面积定律和空间分离的可观测量之间的相关性的指数衰减。在这封信中，我们提出了一个新的表征局域性的量子态，我们称之为“本地可逆性”。它描述了扭转一般扰动对状态的作用所需的操作类型。证明了带隙局域哈密顿量的唯一基态是局域可逆的。这样，我们确定了新的多体基态的基本特征，这不能从上述属性。我们使用局部可逆性来区分享受微观和宏观量子现象的状态。为了证明我们的方法的潜力，我们证明了特定的属性的基态，这是相关的临界和非临界理论。
2017-01-16 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Work and reversibility in quantum thermodynamics
量子热力学的一个中心问题是确定从初始态$ρ$到最终态$σ$的过程有多不可逆，以及这种不可逆性是否可以被认为是一种有用的资源。例如，我们可能会问，在环境热浴的温度$T$下，通过将$ρ$热化到热态$σ$可以获得多少功。在这里，我们表明，对于不同的资源理论的热力学操作，沿过渡产生的熵的量的特点是如何可逆的过程。更具体地说，这个熵的产生取决于我们在不做任何工作的情况下将状态$σ$恢复到其原始形式$ρ$的程度。与此同时，熵产生可以与沿着给定跃迁可以提取的功相关联，并且我们探索了这一事实对我们的结果的影响。根据量子信息理论，我们还展示了一个明确的反转操作的Petz恢复通道。我们的结果建立了一个定量的联系之间的可逆性的结晶过程和相应的工作增益。
2018-06-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Asymptotic Reversibility of Thermal Operations for Interacting Quantum Spin Systems via Generalized Quantum Stein's Lemma
对于任意空间维中具有局域双折射不变哈密顿量的量子自旋系统，证明了当系统是双折射不变且空间遍历的时，通过一种称为热操作的物理上可行的量子动力学类，从一个量子态到另一个量子态的渐近态可转换性完全由Kullback-Leibler（KL）发散率刻画.我们的证明由两部分组成，并根据量子信息理论的一个分支，称为资源理论。首先，我们证明，任何状态，其最小和最大雷尼发散崩溃约为一个单一的值，可以近似可逆地转换成另一个的帮助下，一个小源的量子相干性的热操作。其次，我们证明了这些发散渐近崩溃的KL发散率的任何衰减不变遍历状态。我们通过推广的量子斯坦引理的量子假设检验超越独立同分布（i.i.d.）。situations.我们的结果表明，KL发散率作为一个热力学势，提供了一个完整的表征热力学极限的量子多体系统的遍历态的热力学可转换性，包括平衡和完全量子的情况。
2021-10-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Macroscopic Thermodynamic Reversibility in Quantum Many-Body Systems
热操作的资源理论是小尺度热力学的一个已建立的模型，它将平衡态热力学扩展到非平衡态。在任何尺寸的晶格上，具有任何双折射不变的局部哈密顿量，我们确定了一个大的双折射不变的状态，可以可逆地转换为热操作和少量的相干性的热状态和从热状态。这些是空间遍历状态，即，状态，具有任何观测到的绝对不变的尖锐统计，以及具有相同热力学势的这些状态的混合物。作为一个中间结果，我们表明，对于一般的状态，如果最小和最大的相对熵的热态近似一致，这意味着近似可逆的相互转换，并从热态与热操作和一个小的相干源。我们的研究结果提供了一个强有力的联系之间的抽象资源理论的热力学和更现实的物理系统，因为我们实现了强大的和可操作的表征的出现的热力学势的守恒不变的晶格系统。
2019-07-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Time reversal of Bose-Einstein condensates
利用Gross-Pitaevskii方程，研究了受激光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的时间可逆性，表明在量子混沌状态下，BEC的动力学可以从爆炸反转到坍缩.时间反演的精度随着BEC内部原子相互作用的增加而降低，直至完全丧失。令人惊讶的是，量子混沌有助于恢复时间可逆性。这些预测可以用现有的实验装置进行测试。
2008-06-19 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
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
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
Local Reversibility and Divergent Markov Length in 1+1-D Directed Percolation
University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文研究了1+1维定向渗流模型的局部可逆性，发现马尔可夫长度在临界点发散，条件互信息能有效检测相变。
2026-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Extremely quick thermalization in a macroscopic quantum system for a typical nonequilibrium subspace
例如，宏观系统接近热平衡的事实看起来令人困惑，因为它似乎与微观动力学的时间可逆性相冲突。我们在这里证明，在一个宏观量子系统的一个典型的选择“非平衡子空间”，任何初始状态确实热化，事实上这样做非常快，玻尔兹曼时间$τ_\mathrm{B}:=h/(k_\mathrm{B}T)$的顺序。因此，需要解释的不是宏观系统接近平衡，而是它们接近平衡的速度很慢。
2014-02-03 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
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
Boltzmann conjecture, meta-equilibrium entropy, second law, chaos and irreversibility for many body systems
提出了一种启发式推广的玻尔兹曼-吉布斯微正则熵，能够描述亚平衡特征和宏观系统的演化。尽管其简单的推导，这样一个函数的“集体参数”的微观状态的N体系统的特点，产量，在同一时间，一个统计解释的动态演化，和动态的见解的基本假设的统计力学。它的自然（隐式）时间依赖性需要}一个“第二定律”的行为，并允许此外，执行一个基本的测试洛施托可逆性异议，指出至关重要的相关性混沌在建立有效的（统计力学和动力学）“时间之箭”。几个具体的（分析和数值）应用程序说明了它的性能。
2007-02-01 astro-ph cond-mat.stat-mech physics.class-ph
