Open system trajectories specify fluctuating work but not heat
基于对平均力哈密顿量的明确认识，在任意相互作用强度下，与热环境接触的开放系统的经典统计力学和平衡热力学都可以用公式表示。尽管平均力的哈密顿量唯一地决定了强耦合开放系统的平衡相空间概率密度，但仅凭这个概率密度的知识不足以确定平均力的哈密顿量，这是构建基础统计力学和热力学所需要的。我们证明，在平均力的哈密顿量是已知的假设下，从平均量的水平波动的对象（即随机热力学）的热力学结构的扩展是可能的。然而，这种构造也不期望地涉及巨大的模糊性。这种情况的根源在于，我们明显缺乏一个物理学指导原则，无法将一个有物理意义的理论从众多其他同样可以想象的理论中区分出来。
2016-08-26 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of fluctuating density fields: Non-equilibrium free energy differences under coarse-graining
我们讨论的随机热力学系统，描述了一个随时间变化的密度场，例如简单的液体和胶体悬浮液。对于随时间变化的外部参数，我们表明，Jarzynski关系连接工作与自由能的变化，如果密度的时间演化遵循Kawasaki-Dean方程。具体来说，我们研究的工作分布的压缩和膨胀的二维胶体模型悬浮液实施一个实用的粗粒化计划的微观粒子的位置。我们表明，即使粗粒度的动力学和密度泛函不匹配，波动关系的工作仍然成立，尽管不同的，明显的，自由能的变化。
2013-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuating Currents in Stochastic Thermodynamics II. Energy Conversion and Nonequilibrium Response in Kinesin Models
与宏观引擎不同，活细胞的分子机制受到波动的强烈影响。随机热力学使用马尔可夫跳跃过程来模拟这些生物大分子的化学和构型状态之间的随机跃迁。最近开发的理论框架[Wachtel，Vollmer，Altaner：“Fluctuating Currents in Stochastic Thermodynamics I.渐近统计的规范不变性”]提供了一个简单的算法来确定宏观电流和相关积分的任意波动电流。在这里，我们用它来讨论的能量转换和非平衡响应的分子马达驱动蛋白在不同的模型。在方法上，我们的结果表明，该算法在处理参数依赖的随机模型的有效性。对于具体的生物物理问题，我们的研究结果揭示了两个有趣的功能，在实验上可访问的参数区域：的有效性的非平衡格林-久保关系在机械失速以及负微分流动性superstalling部队。
2015-07-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Fluctuating work in coherent quantum systems: proposals and limitations
量子热力学最重要的目标之一是证明热力学协议相对于经典协议的优势。为此，有必要（i）开发理论工具和实验装置来处理热力学背景下的量子相干性，并（ii）阐明哪些性质在热力学过程中是真正的量子。在这篇简短的评论中，我们讨论了定义和测量允许捕获量子干涉现象的工作波动的建议。我们还讨论了由于测量反作用而产生的基本限制，以及工作分布和量子上下文之间的联系。我们希望这里总结的不同结果能激励进一步研究量子现象在热力学中的作用。
2018-05-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fluctuating Entropy Production on the Coarse-Grained Level: Inference and Localization of Irreversibility
本研究建立基于片段和马尔可夫事件的框架，将单条轨迹的熵产生与粗粒化动力学统一，实现对总熵产生在时空上的定位，并提出检测隐藏驱动的方法，适用于偶变量与奇变量及欠阻尼Langevin动力学。
2023-09-14 cond-mat.stat-mech
Fluctuating Non-linear Non-equilibrium System in Terms of Nambu Thermodynamics
本文提出用广义南部动力学刻画远离平衡且含涨落的非平衡热力学系统，通过三角反应、BZ反应和H-R模型展示南部括号的适用性，并揭示熵演化的周期性及哈密顿量对熵增的抑制作用。
2024-12-30 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Fluctuating Currents in Stochastic Thermodynamics I. Gauge Invariance of Asymptotic Statistics
随机热力学使用马尔可夫跳跃过程来模拟可观察的介观状态之间的随机跃迁。物理电流是从定义在表示状态网络的图的边缘上的反对称跳跃可观测量获得的。这种电流的渐近统计特征标度累积量。本文利用马尔可夫模型的代数和拓扑结构证明了标度累积量母函数的规范不变性。利用这一不变性产生一个有效的算法实际计算的渐近平均值和相关积分。我们讨论了我们的方法如何推广平均熵产生率的Schnakenberg分解，以及它如何统一以前的工作。我们的研究结果的具体模型的应用中提出了相应的出版物。
2015-07-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuating observation time ensembles in the thermodynamics of trajectories
随机系统的动力学，无论是经典的还是量子的，都可以通过分析动力学轨迹的统计特性来研究。这样的轨迹的合奏，但固定的时间的属性描述的大偏差（LD）率函数。这些LD功能的动态自由能的作用：它们是累积量生成函数的时间积分可观的，其解析结构编码的动态相行为。这种“轨道热力学”方法对于轨道和动力学的意义，就像统计力学的平衡系综方法对于位形和静力学的意义一样。在这里，我们表明，就像在静态的情况下，有各种各样的替代合奏的轨迹，每一个定义的全球约束，与固定的总时间的轨迹只是其中之一。我们表明，一个合奏的轨迹，其中一些时间广泛的数量是恒定的（和大），但总的观测时间波动，相当于固定时间合奏，和LD功能，描述一个合奏可以从那些描述其他。我们讨论了如何广义合奏之间的等价性可以利用路径采样计划生成罕见的动力学轨迹。
2013-11-05 cond-mat.stat-mech
Fluctuating dynamics at the quasiperiodic onset of chaos, Tsallis q-statistics and Mori's q-phase thermodynamics
我们分析了临界圆映射中从黄金分割过渡到混沌的波动动力学，发现临界吸引子内的轨迹由混合在一起的无穷多组幂律组成。我们阐明这种结构的协助下，已知的重整化群（RG）的结果。接下来，我们继续权衡Tsallis的熵和Mori的热力学理论方案的新发现，并观察到的行为在很大程度上比以前报道的更丰富。我们发现系统对初始条件的对初始条件的敏感性具有交织q指数族的形式，并确定了其q指数和广义Lyapunov系数谱.此外，临界吸引子内的动力学被发现由不是一个，而是一个集合的森的q-相变与层次结构。Mori的“热力学场”变量q在每次跃迁时的值对应于熵指数q的相同特殊值。我们讨论了这两种形式之间的关系，并指出有用的方法，以确定通用的轨迹标度函数和/或动态相变的发生和表征。
2006-03-15 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Dependence of integrated, instantaneous, and fluctuating entropy production on the initial state in quantum and classical processes
我们考虑在某一初始态$ρ$上由一个固定的量子或经典过程引起的额外熵产生（EP），它高于在任何初始态上由相同过程引起的最小EP.我们发现，这个额外的EP，我们称之为“失配成本的$ρ$“，具有普遍的信息理论的形式：它是由收缩之间的相对熵$ρ$和最低耗散的初始状态$φ$随着时间的推移。我们得出的版本，这一结果的过程中发生的综合EP，为故障级别波动EP，和瞬时EP率。我们还表明，波动EP的失配成本服从积分波动定理。我们的研究结果证明了“热力学不可逆性”（EP的产生）和“逻辑不可逆性”（无法知道对应于给定最终状态的初始状态）之间的基本关系。我们使用这种关系推导出定量的界限上的热力学量子纠错，并提出了一个逻辑不可逆性的量子信道的applicacally-operationalized措施。我们的结果适用于有限维和无限维系统，并推广到EP以外的许多其他热力学成本，包括非绝热EP，自由能损失和熵增益。
2022-06-06 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Stochastic thermodynamics of active Brownian particles
在强波动环境中自推进的例子在自然界中比比皆是，例如，活细胞中的分子马达和泵。本文从朗之万运动方程出发，利用简单的速度相关力模型，建立了自推进粒子的涨落热力学描述。我们推导出熵产生的涨落定理和一个修正的涨落耗散关系，描述了非平衡稳态下的线性响应。我们在一个简单的分子马达模型中研究这些概念，并在瑞利-亥姆霍兹模型和自推进粒子的能量库模型中研究这些概念。
2013-08-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A microscopic perspective on stochastic thermodynamics
我们认为随机热力学作为一个理论的统计推断实验观察到的波动时间序列。为此，我们引入了一个一般框架，用于在两个尺度上量化关于系统的动态状态的知识：细粒度或微观，确定性和粗粒度或介观，随机描述水平。对于一个通用的模型动力学，我们展示了如何在马尔可夫随机热力学中使用的波动熵变化的数学表达式自然出现。我们的想法是概念上的方法，（i）连接熵产生和它的波动关系在确定性和随机系统和（ii）提供一个互补的信息理论图片的概念熵和熵产生在随机热力学。
2015-05-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Steady state thermodynamics in population dynamics
我们报告，在波动环境中的人口动力学伴随着数学上等价的结构，稳态热力学。该结构将波动环境中的种群增长分解为持家部分和过剩部分。内务处理部分表示在环境变化历史期间每个条件的静止增长率的积分。超额部分是指环境转换时产生的超额增长。针对超增长问题，得到了克劳修斯不等式，给出了超增长的上界。在准静态的环境变化中，这种相等性是可以实现的。我们还澄清，这个界限可以通过“谱系适应性”，这是一个实验观察到的量进行评估。
2015-09-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Entropy production in non-equilibrium fluctuating hydrodynamics
研究了线性耦合复场的涨落熵产生。一般结果适用于非平衡波动流体动力学方程的粗粒场（密度，温度和速度），在模型颗粒流体的框架。我们发现，平均熵产生，从微观随机描述，可以表示为宏观量，在类比线性非平衡态热力学。我们考虑了两种不同的恒温器和均匀冷却制度的驱动颗粒流体的具体情况。在所有情况下，平均熵产生是热力学力和电流的产物：前者取决于特定的能量注入机制，后者总是以密度波动和温度时间导数之间的静态相关性的形式出现。两者在弹性限度内都消失。在不同的长度尺度上研究了熵产生的行为，并讨论了不同颗粒模型所产生的定性差异。
2012-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crooks' fluctuation theorem for the fluctuating lattice-Boltzmann model
我们探讨了Crooks涨落关系在涨落格子Boltzmann模型（FLBM）上的有效性，FLBM是热理想气体的一个高度简化的格子模型。我们在两个热力学平衡态之间驱动系统，并计算所做功的分布。通过比较正向驱动和反向驱动时系统所作功的分布，证明了系统满足Crooks关系。数值实验的结果表明，系统的温度和自由能是很好的定义。
2010-06-09 cond-mat.stat-mech
Quantum Fluctuation Theorems
实验技术的最新进展使人们能够在单分子和原子水平上测量和控制系统。在这里，获得有关涨落热力学量的信息对于理解小系统的非平衡热力学行为至关重要。为了实现这一目标，随机热力学提供了一个理论框架，和非平衡等式，如Jarzynski等式和波动定理提供了有关波动的热力学量的关键信息。本文综述了量子涨落理论的最新进展，包括在热力学与信息联系中起着关键作用的麦克斯韦妖的研究。
2018-10-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium thermodynamic potentials for continuous-time Markov chains
我们连接的平衡（EQ）过程的罕见波动和非平衡（NE）平稳过程的典型波动。在大偏差理论的框架下，这一观察使我们能够引入NE热力学势。对于连续时间马尔可夫链，我们确定了相关的共轭变量对，并提出了两个NE合奏：一个固定的动态和波动的时间平均变量，另一个固定的时间平均变量，但波动的动态。因此，我们表明，NE过程是等价的条件EQ过程，确保NE潜力是勒让德对偶。我们发现一个变分原理满足的NE电位，达到其最大值的NE定态和其第一导数产生的NE状态方程，和二阶导数产生的NE麦克斯韦关系推广的Onsager互惠关系。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Finite-time generalization of the thermodynamic uncertainty relation
对于非平衡稳态的波动电流，最近发现的热力学不确定性关系表示它们的方差和与驱动相关的整体熵成本之间的基本关系。我们发现，这种关系不仅适用于波动的长时间限制，如大偏差理论所描述的，而且还适用于任意有限时间尺度上的波动。这种推广有利于将热力学不确定性关系应用于单分子实验，因为无限的时间尺度是不可访问的。重要的是，通常这种关系的有限时间变体允许推断熵产生的界限，甚至比从长时间极限获得的界限更强。我们说明的波动工作，是由一个随机开关激光镊子上被困的胶体粒子进行的关系。
2017-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic efficiency of thermodiffusion: an extended local equilibrium approach
最近建立的随机热力学和波动流体动力学之间的联系适用于在小尺度上的热和物质的耦合传输的效率的研究。基于波动流体力学，建立了一个连接两个宏观热库和颗粒库的介观细胞的随机模型。在这种方法中，波动分离和热力学效率的定义。观察这些效率的双峰分布所需的条件进行了确定，这些分布的演变进行了研究，在大尺寸和长时间的限制。所得到的结果不限于热扩散，可以推广到系统的效率被定义为随机状态变量或耗散率的比率。
2019-03-29 cond-mat.stat-mech
Quantifying dissipation using fluctuating currents
耦合到多个热力学水库的系统可以表现出非平衡动力学，打破细致平衡产生电流。为了给这些水流提供动力，水库的熵增加了。熵的产生率，或耗散率，是非平衡过程统计不可逆性的量度。通过在几个生物系统中测量这种不可逆性，最近的实验已经发现某些系统并不处于平衡状态。在这里，我们讨论了三种策略，以取代二元分类（平衡与非平衡）的熵产生率的量化。为了说明这一点，我们生成了一个易于分析的珠弹簧模型的演变的时间序列数据。概率流可以被推断并用于间接量化熵产生率，但这种方法需要在高维系统中禁止大量的数据。这种维数灾难可以通过使用热力学不确定性关系来限制熵产生率来部分减轻，所述熵产生率使用概率流中的统计波动。
2019-04-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuating chemohydrodynamics and the stochastic motion of self-diffusiophoretic particles
通过自扩散电泳的活性颗粒的推进是由颗粒表面上的不对称催化反应驱动的，所述不对称催化反应在流体速度与周围溶液中的燃料和产物的浓度场之间产生机械化学耦合。由于溶液中的热和分子涨落，微米或亚微米活性粒子的运动是随机的。耦合朗之万方程描述的平移，旋转和反应的活性颗粒推导出波动的化学流体力学和波动的边界条件之间的流体和颗粒的界面。这些方程是一致的微观可逆性和Onsager-Casimir的亲和力和电流之间的相互关系，并提供了一个diffusiophoretic机制推动的活性粒子的动力学的调查，在物理上一致的基础。
2018-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relation in a tilted periodic potential under coarse graining
近年来，非平衡介观系统中的一些普遍关系得到了研究。特别地，热力学测不准关系（TUR）提供了电流累积量和熵产生之间的普遍内在联系。本文从粗粒化的观点出发，利用跃迁几率，给出了倾斜周期势中热涨落粒子流的TUR的一个简单推导。此外，我们还探讨了TUR的界随亲和力单调增加的条件。
2021-07-05 cond-mat.stat-mech
Detailed Fluctuation Theorems: A Unifying Perspective
我们提出了一个一般的方法来确定任意数量的波动量，满足详细的波动定理的所有时间内的框架内的时间非齐次马尔可夫跳跃过程。在这样做的时候，我们提供了一个统一的观点，在文献中推导出的许多波动定理。通过补充随机动力学与热力学结构（即使用随机热力学），我们也表示这些波动量的物理观测。
2018-10-10 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Regularized Fluctuating Lattice Boltzmann Model
Roma Tre University（罗马第三大学）；Harvard University（哈佛大学）
针对D3Q27格子提出正则化涨落格子玻尔兹曼模型（Reg-FLBM），通过厄米特投影和递归正则化框架实现热力学一致性，相比传统模型提升稳定性与热涨落描述精度，优化GPU并行模拟以研究介观纳米流体涨落驱动现象。
2025-11-13 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
On the weak scaling of the contact distance between two fluctuating interfaces with system size
一对平坦的平行表面，每一个都沿着它们的分离方向自由扩散，最终将接触。如果这些曲面的形状也波动，则当它们的质心保持非零距离$\ell$时，将发生接触。在这里，我们检查统计的$\ell$在第一次接触的表面，根据爱德华-威尔金森方程的时间演变。我们提出了一个通用的方法来计算其概率分布，并确定其最可能的值$\ell^*$取决于表面的横向尺寸$L$。我们的动机是在热力学共存的条件下，两相之间的界面运动的兴趣，特别是在周期性边界条件下的畴壁对的湮灭。这种情况下的计算机模拟验证了预测的缩放行为在二维和三维。在后一种情况下，当$\ell^\ast$是$\log L$的代数函数时，缓慢的增长意味着板状畴在$\ell$变得非常小之前保持拓扑完整，这与平衡热力学的预期相矛盾。
2020-08-20 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Fluctuating local field approach to free energy of 1D molecules with strong collective electronic correlations
在最近开发的波动局部场（FLF）方法内，考虑了领先的集体电子波动对分子系统的原型1D模型的自由能的影响。FLF方法是平均场论的一种非微扰扩展，其中自洽的有效常数场被涨落场所取代。积分的波动场的数值精确地允许占集体电子波动介导的这个字段没有任何假设，其幅度，非线性度等使用半填充哈伯德环作为基准系统，我们发现，FLF方法显着提高了平均场估计的自由能，特别是低于平均场Neél温度。我们进一步证明，平均场的结果可以得到更大的改善，引入多模FLF计划，另外考虑到子领先的波动。讨论了实际分子热力学的可能应用。
2022-01-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Sharp-Interface Limit of a Fluctuating Phase-Field Model
我们提出了一个通用的凝固波动相场模型的尖锐的界面限制的推导。作为一个主要的结果，我们得到了一个尖锐的接口投影，提出了噪声项的扩散方程和移动边界条件。所提出的方法不依赖于波动耗散定理，因此可以应用于考虑内部和外部波动的变分或非变分相场制剂。特别是，它可以用来引入非变分公式的相场模型，这允许达到更好的计算效率，并提供更多的灵活性，描述特定的物理情况下的一些功能的周期性波动。这打开了在晶体生长中进行定量相场模拟的可能性，同时考虑到系统的适当波动。
2005-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Equilibrium return times of small fluctuating clusters and vacancies
在热力学平衡条件下，研究了涨落二维团簇或空位回到给定组态的期望返回时间。我们定义了一个家庭的键断裂模型，保持粒子的数量。在快速粒子扩散和缓慢附着-脱离动力学的限制下，该族包括空位内的边缘扩散和表面扩散。在这些键断裂模型的框架内，预期的返回时间被发现依赖于组态的能量和通过从团簇中移除单个粒子而形成的激发态的能量。高低温制度进行了研究。我们澄清的条件下，返回时间是一个非单调的函数的温度：一个最小值被发现时，平均超过激发态的配置加权其附着概率的能量低于平均在所有状态的能量。此外，我们表明，返回时间最小的最佳温度被转移到一个更高的温度相比，在平衡概率最大的温度。这种偏移受团簇边缘的平均曲率的影响，因此对于空位而言更大。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of a piezoelectric energy harvester model
实验研究了一种宽带随机振动驱动的压电能量采集器。我们表明，一个线性模型，包括欠阻尼Langevin方程的动态的尖端质量，机电耦合的电容器和负载电阻，可以准确地描述实验数据。特别是，理论模型使我们能够定义波动电流和研究系统的随机热力学，重点是在不同的时间间隔上的分配提取的工作。我们的分析和数值分析的线性模型是成功地比较实验
2022-03-03 cond-mat.stat-mech
Generalizing the multidimensional thermodynamic uncertainty relation to combinations of arbitrary counting variables
II. Institut für Theoretische Physik, Universität Stuttgart（斯图加特大学理论物理第二研究所）
该研究将多维热力学不确定性关系推广至含任意初始态、任意时长的随时间驱动过程，覆盖多类计数可观测量与粗粒化观测，统一相关估计方法并通过示例阐释。
2026-08-17 cond-mat.stat-mech
Framework for fluctuating times and counting observables in stochastic excursions
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）
本文提出了一种用于分析随机游走和计数可观测量的框架，通过提供技术结果和公式，揭示了游走统计与热力学量之间的关系，并探讨了其在多个物理问题中的应用。
2026-08-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-equilibrium phase coexistence in boundary-driven diffusive systems
研究边界驱动扩散系统的液气相共存，分析不同界面宽度下的密度分布规律，发现窄界面时化学势偏离平衡值、平衡亚稳态稳定存在，理论变分函数与全局热力学框架一致，数值模拟验证了结果。
2024-11-27 cond-mat.stat-mech
Functionals in stochastic thermodynamics: how to interpret stochastic integrals
在随机热力学中，来自宏观热力学的标准概念，如热、功和熵产生，通过在随机水平上定义它们而被推广到小的波动系统。在具有连续状态空间的朗之万系统中，这样的定义涉及沿着系统轨迹的随机积分，其具体值取决于用于评估它们的离散化规则（即积分中噪声项的“解释”）。通过一个系统的数学调查，这一明显的困境，我们证实了广泛使用的标准解释的热量和工作一样的泛函Stratonovich积分。此外，我们概括的异常，是已知的熵产生的温度梯度的存在下发生。
2019-07-17 cond-mat.stat-mech
Analog of the Carnot engine for fluctuating diffusivity in living cells
本文基于活细胞中的异质扩散现象，提出涨落扩散率与热力学形式类比，构建了类热机模型，其循环效率形式上等同于卡诺效率且循环中熵总变化为零。
2025-09-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic thermodynamics for active matter
对活性物质的理论理解仍然是碎片化的和面向模型的，活性物质是被定向运动驱动而脱离平衡的。随机热力学，另一方面，是一个全面的理论框架驱动系统，允许定义波动的功和热。我们将这些定义应用于活性物质，假设耗散可以用有效的非保守力来模拟。我们表明，通过工作，共轭广泛和密集的可观的定义，即使在非平衡稳态缺乏自由能。作为例子，我们推导出了活性布朗粒子的压力和界面张力的表达式。尽管观察到稳定的相分离，后者变为负值。我们讨论了这个明显的矛盾，突出了波动的作用，我们提供了一个尝试性的解释。
2016-03-10 cond-mat.stat-mech
A bottom-up approach to fluctuating hydrodynamics: Coarse-graining of stochastic lattice gases and the Dean-Kawasaki equation
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Institut de Physique Théorique, CEA Saclay and CNRS (UMR 3681)（CEA萨克雷和CNRS（UMR 3681）理论物理研究所）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier and CNRS (UMR 5221)（蒙彼利埃大学和CNRS（UMR 5221）夏尔·库仑实验室）
本文提出从底层出发的方法，通过粗粒化随机格子气体模型和德恩-卡瓦基方程，系统推导波动流体动力学并揭示其与密度和热力学压力的关系。
2026-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Raise and Peel Models of fluctuating interfaces and combinatorics of Pascal's hexagon
将一维起伏界面的隆起剥离模型（模型A）推广为考虑边界处的单源（模型B）或双源（模型C）。描述这三个过程的哈密顿量在热力学极限下具有由共形场论给出的谱。三种模型的定态中不同构型的概率不仅相关，而且具有有趣的组合性质。我们表明，通过扩展帕斯卡的三角形（它给出了解决方案的线性关系的整数），一个六边形，一个获得整数解的双线性关系。这些解决方案不仅给出了三个模型中各种配置的权重，而且还给出了三个模型的稳态概率分布之间的联系。有趣的是，帕斯卡六边形也给出了广田差分方程的解。
2004-07-24 cond-mat.stat-mech math-ph math.CO
Universal Ideal Behavior and Macroscopic Work Relation of Linear Irreversible Stochastic Thermodynamics
我们重新奥恩斯坦-乌伦贝克（Ornstein-Uhlenbeck）过程的基本数学描述的线性不可逆现象，波动，接近平衡。通过将稳态过程中的循环动力学视为经典保守力学的自然推广，利用著名的亥姆霍兹定理在一族具有平衡涨落的稳态过程和热力学之间建立了一座桥梁.亥姆霍兹定理提供了一个涌现的宏观“状态方程”的整个系统，它表现出普遍的理想热力学行为。本文从随机热力学的观点研究了宏观量的涨落，得到了宏观图象中的非平衡功关系，这有助于Jarzynski，Crooks，Hatano和Sasa等的实验研究和应用.
2015-03-20 cond-mat.stat-mech physics.data-an
Transient Thermodynamic Efficiency of Adaptive Inference in Continuously Nonstationary Environments
Indian Institute of Technology Goa（果阿印度理工学院）
研究探讨了适应性推断在非平稳环境中的暂态热力学效率，通过建立最小随机模型分析熵产生、互信息率和学习效率，发现快速环境变化时学习效率出现峰值，揭示了最大热力学学习性能出现在暂态而非稳态。
2026-03-17 cond-mat.stat-mech
Enhancing Monte Carlo methods by using a generalized fluctuation theory
根据最近获得的热力学不确定性关系，具有负热容的微正则区域可以通过使用具有波动逆温度的恒温器在正则描述内访问。这一意义深远的结论是在这封信中用于增强的潜力，著名的Swendsen-Wang集群算法，以访问的q=10状态Potts模型在一个正方形晶格上的异常微正则态，它表现出一级相变在其化学描述。
2006-12-29 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium quantum fluctuations of work
功的概念是统计热力学的基础。为了更全面地理解功及其（量子）特征，需要将它表示为波动量的平均值。在这里，我专注于两个时刻之间所做的工作，由含时哈密顿驱动的热隔离量子系统。我提出了波动功对于从非平衡态开始演化的系统具有物理意义所需的两个自然条件。现有的定义并不满足这些条件，由于追溯到非交换性的问题。我提出了一个定义波动的工作，是免费的以前的缺点，适用于广泛的非平衡初始状态。它允许推导出一个广义（平衡）的工作波动定理。
2014-10-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unattainability of Carnot efficiency in thermal motors: Coarse-graining and entropy production of Feynman-Smoluchowski ratchet
我们重新审视和分析的热力学效率的费曼-Smoluchowski（FS）棘轮，一个经典的思想实验描述了一个自主的热功转换器。从FS棘轮的完整动力学出发，推导出粗粒化导致的隐藏耗散的确切形式，我们重申了其热力学效率的历史争议。隐熵产生的存在意味着应用于粗粒度描述的随机热力学的标准框架未能捕获系统的耗散特征。针对这一问题，我们探索了一个扩展的随机热力学框架，从粗粒度动力学中重建隐藏的熵产生。该方法作为一个关键的例子，我们如何能够系统地解决问题的热力学效率在多变量波动的非平衡系统。
2018-04-08 cond-mat.stat-mech
Exact fluctuating hydrodynamics of active lattice gases -- Typical fluctuations
我们扩展了最近的结果显示的运动诱导相分离的扩散活性粒子系统的精确流体动力学的动态场的典型波动。通过精确计算均相体系中的关联函数，我们发现体系中存在两个宏观尺度。第一个与粒子的扩散长度有关，另一个与粒子的集体行为有关。当接近临界点时，后者会出现分歧。我们的结果表明，在一维模型的临界行为属于一个平均场伊辛模型的普适类，无论是静态和动态的性质，当以指定的方式采取的热力学极限。的结果进行了比较的ABC模型所表现出的关键行为。特别是，我们发现，在ABC模型的密度大偏差函数，在其高斯近似，不包含代数衰减的相互作用，但有限的，宏观的，这是由发散的相关长度的程度。
2021-08-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Snap, Crackle, and Pop: This is why the potential of mean force clashes with the fluctuation dissipation relation
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗莱堡大学）
研究揭示了在热平衡系统中，热力学力导致波动力自相关函数非稳态，传统粗粒化方法无法准确描述等待时间分布，需谨慎添加热力学驱动力。
2025-10-31 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of a quantum dot coupled to a finite-size reservoir
本文针对与有限尺寸热库耦合的单能级量子点，基于涨落定理建立随机热力学框架，确定热力学自洽的熵产生，并分析了有限尺寸热库西拉德发动机的功产生。
2024-04-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Estimating entropy production by machine learning of short-time fluctuating currents
热力学不确定性关系（TURs）是仅使用波动电流的均值和方差给出熵产生率的下限的不等式。由于TURs不涉及随机动力学的全部细节，因此将TURs应用于从对应于动力学的有限的轨迹数据集合估计熵产生率将是有希望的。在这里，我们调查的熵产生率的估计使用TURs随着机器学习技术的随机动力学的参数没有先验知识的理论框架。具体来说，我们推导出一个TUR的短时间区域，并证明它可以提供确切的值，不仅是一个下界，朗之万动力学的熵产生率，如果所观察到的电流是最佳选择。这个公式自然包括一个泛化的TURs与自主相互作用下的子系统的部分熵产生，这揭示了层次结构的估计。然后，我们构建估计的基础上的短期TUR和机器学习技术，如梯度上升。通过数值实验，我们证明了我们的学习协议，即使在非线性朗之万动力学表现良好。我们还讨论了马尔可夫跳过程的情况下，在那里的精确估计被证明是不可能的。我们的研究结果提供了一个平台，可以应用到广泛的一类随机动力学的平衡，包括生物系统。
2020-04-06 cond-mat.stat-mech
Quantum Rényi entropy by optimal thermodynamic integration paths
尽管Rényi熵计算是量化纠缠的一种成熟的操作方法，但它的计算复杂性一直困扰着它。我们在这里介绍一个理论框架的基础上的最佳热力学积分方案，其中的雷尼熵可以有效地评估使用正则化路径。这种方法避免了缓慢收敛的波动贡献，并导致低方差估计。通过这种方式，大系统的尺寸和高层次的纠缠模型或第一原理哈密顿是在我们的范围内。我们证明了它在一维量子伊辛模型和执行的纠缠熵在甲酸二聚体的评估，通过发现，它的两个共享的质子纠缠，即使在室温以上。
2022-07-13 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Thermodynamics of fluctuations in small systems interacting with the environment
在希尔的纳米热力学工作之后的几十年里，热力学框架的发展仍然在进行中，以持续地解释小系统由于与周围环境的相互作用而产生的波动。在这里，我们讨论如何，在一个小的系统中，与环境的相互作用能可以通过一个共轭对密集和广泛的变量，产生一个吉布斯热力学与额外的热力学自由度来描述。相关的热力学势有助于描述平衡条件和测量系统与环境相互作用的敏感性的材料性质。由此产生的广义系综，它描述了不可忽略的，小的系统波动，被证明是等价的。从平均热力学状态出发，可用性描述了系统与环境之间的距离，即从波动中提取的最大功，熵的适当定义将热力学扩展到一般的波动状态。从后一种状态，熵力产生，以恢复平均热力学状态。我们的框架统一和扩展了Hill的系综热力学和统计力学在强耦合下的最新进展，并在系统较大时简化为经典宏观热力学。一个小的理想气体系统的特定情况下进行了详细讨论，并在新的形式主义的光的一个单一的粒子浸入浴的例子被重新审视。
2019-09-19 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of currents in nonequilibrium diffusive systems: theory and simulation
理解非平衡系统的物理学仍然是理论物理学的主要挑战之一。这个问题可以通过研究表征非平衡行为的电流的宏观波动、它们的统计和相关结构来部分解决。这一基本的研究路线受到了这个问题压倒性的复杂性的严重阻碍。然而，在过去的几年中，出现了两种新的通用方法来研究波动行为，这从根本上改变了我们对非平衡物理学的理解：一个强大的宏观波动理论（MFT）和一套先进的计算技术来测量罕见的事件。本文以宏观涨落理论为理论框架，以几种随机格子气体为实验室，采用先进的蒙特卡罗模拟，研究了非平衡扩散系统中电流涨落的统计特性。我们的探索将把我们从（1）一维和二维的可加性猜想的确认，这大大简化了MFT复杂的变分问题来计算电流的热力学，到（2）新的等距波动关系的发现，通过将对称性原理引入波动领域，为更深入地理解非平衡物理开辟了一条未经探索的路线，以及（3）在涨落中观察相干结构，其通过涉及涨落能级处的自发对称性破缺事件的动态相变出现。MFT对这些意外现象的清晰观察、测量和表征，有力地支持了这一理论方案作为理解非平衡扩散介质中电流热力学的自然理论，为非平衡物理学的研究开辟了新的途径。
2013-12-04 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Optical Stabilization of Fluctuating High Temperature Ferromagnetism in YTiO$_3$
本文提出利用全光学模式选择性操控晶格，增强并稳定YTiO$_3$中的高温铁磁性，通过激发9 THz氧旋转模式实现瞬态铁磁性并揭示其源于非线性声子-轨道-自旋耦合的动态机制。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
A large deviation approach to superstatistics: thermodynamic duality symmetry between conjugate variables
针对超统计中强度变量涨落分布规律不明确的问题，本文基于大偏差理论与贝叶斯定理，证明超统计系统共轭变量间存在热力学对偶对称性，得到新的熵函数关系，并通过带涨落温度的简单Ising模型验证了温度与能量的对偶性，助力复杂系统统计物理研究。
2024-06-19 cond-mat.stat-mech
Stochastic Free Energies, Conditional Probability and Legendre Transform for Ensemble Change
这项工作扩展了最近开发的马尔可夫过程的热力学数学理论，更重要的是，没有详细的平衡。我们表明，在吉布斯统计力学系综变化的勒让德变换可以从随机理论。考虑两个随机变量X和Y的联合概率$p_{XY}$和条件概率$p_{X|Y=y^*}$，其中$y^*=<Y>$根据$p_{XY}$ . XY系统（波动Y系综）和$X|Y$系统（固定Y系综）的随机自由能由相对熵的链式规则关联。在定义为$V,Y\to\infty$的热力学极限中（其中假设Y为外延量，而V表示系统尺寸参数），边际概率服从$p_Y(y)\to \exp(-Vϕ(z))$和$z=y/V$。共轭变量$μ=-ϕ(z)/z$自然地从该结果中出现。波动和固定系综的随机自由能然后由$F_{XY}=F_{X|Y=y^*}-μy^*$与$μ=\partial F_{X|Y=y}/\partial y$相关。两个自由能的时间演化是相同的：$d[F_{XY}(t)]/dt=\partial [F_{X|Y=y^*(t)}(t)]/ \partial t$。这一数学理论适用于系统的固定和波动数量的相同的独立随机变量（理想气体），以及微正则系统的均匀平稳概率。
2015-10-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantum Work in the Bohmian framework
在非零温度下，经典系统表现出由系统初始条件的变化及其与环境的相互作用引起的热力学量的统计涨落。例如，波动功的特征在于相空间中系统轨迹的集合，并且通过包括各种轨迹发生的概率，可以构造功分布。然而，如果没有相空间轨迹，在量子体系中构建功概率分布的任务已经被证明是难以捉摸的。在这里，我们使用相空间中的量子轨迹，并将波动功定义为沿着轨迹积分的功率，完全类似于经典统计物理。由此产生的功概率分布对任何量子演化都是有效的，包括能量基中具有相干性的情况。以一个可精确求解的受驱动量子谐振子为例，证明了量子功概率分布及其性质。功分布的一个重要特征是它依赖于纯态的初始统计混合，这反映在功的高阶矩中。所提出的方法引入了一个从根本上不同的角度对量子热力学，允许完整的热力学表征量子系统的动力学，包括测量过程。
2018-01-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic theory of equilibrium fluctuations
经典热力学的假设基础已经扩展到包含平衡涨落。提出的热力学理论的主要附加元素是准平衡态的概念，非平衡熵的定义，熵表示中的基本状态方程，以及描述孤立系宏观参数概率分布的涨落假设。虽然这些元素引入了经典热力学中不存在的统计成分，但该理论的逻辑结构与统计力学不同，代表了热力学的扩展版本。基于这一理论，我们给出了计算具有任意数量涨落参数的系统中的广延参数、密集参数和密度的平衡涨落的一个规则过程。所提出的涨落形式可通过四个应用加以证明：（1）推导简单流体在三种不同系综中的涨落关系的完整集合，（2）在正则系综和微正则系综之间插值的有限贮库系统中的涨落，（3）在有限贮库系统中的涨落，（4）在有限贮库系统中的涨落，（5）在有限贮库系统中的涨落，（6）在有限贮库系统中的涨落，（7）在有限贮库系统中的涨落，（8）在有限贮库系统中的涨落，（9）在有限贮库系统中的涨落，（10）在有限贮库系统中的涨落，（10）在有限贮库系统中的涨落，（11）在有限贮库系统中的涨落，（11）在有限贮库系统中的涨落，（12）在有限贮库系统中的涨落，（13）在有限贮库系统中的涨落，（14）在有限贮库系统中的涨落，（15）在有限贮库系统中的涨落，（14）在有限（3）二元固溶体晶界过剩性质涨落关系的推导，（4）合金预熔晶界宽度分布的推导。最后两个应用程序提供了一个有效的波动为基础的方法来计算界面多余的属性和提取的分离潜力在预熔化晶界。…
2015-07-20 cond-mat.stat-mech
