Clausius inequality and optimality of quasi static transformations for nonequilibrium stationary states
热力学系统的非平衡定态在单位时间内消耗正的能量。如果我们考虑通过让驱动依赖于时间来实现的这种状态的变换，那么在无界时间窗口中耗散的能量的量就变得无限大。根据Oono和Paniconi的一般性建议，并利用宏观涨落理论的结果，我们给出了沿任何给定变换进行的重整化功的自然定义。然后，我们证明了重整化工作满足克劳修斯不等式，并证明了平等的实现非常缓慢的转变，即在准静态的限制。最后，我们将重整化功与宏观涨落理论的准势联系起来，给出了定态非平衡系综中涨落的概率。
2012-12-27 cond-mat.stat-mech
Generalized Clausius inequality for nonequilibrium quantum processes
我们证明了受驱动量子系统的非平衡熵产生大于Bures长度，即系统的实际态与相应的平衡态之间的几何距离。这个普遍的下界将克劳修斯不等式推广到线性响应以外的任意非平衡过程。我们进一步推导了量子熵产生率的一个基本上界，并讨论了它与Bremermann-Bekenstein界的联系。
2010-05-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental verification of a reversed Clausius inequality in an isolated system
热力学第二定律是自然界的基本定律。它几乎普遍与克劳修斯不等式有关，克劳修斯不等式通过提供的热量和温度的比率来降低熵的变化。然而，这一结果的前提是，系统与驱动其进入热状态的热浴接触。对于通过耗散热交换从初始平衡态移动的孤立系，克劳修斯不等式被预测为反转。本文对超冷铯原子的孤立稀气体的非平衡热力学进行了实验研究，该气体可以通过激光冷却技术被热化，也可以被推离平衡。我们确定在这两种情况下的相空间动力学跟踪的气体与位置分辨荧光成像的演变，从中我们评估所有相关的热力学量。我们的结果证实了通常的克劳修斯不等式的有效性的第一个过程和反向克劳修斯不等式的第二个转换。
2020-05-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Clausius inequality and H-theorems for some models of random wealth exchange
讨论了描述随机财富交换的非线性离散时间发展方程的H-定理的可能性。在这样的动力学模型中，经济主体在成对碰撞中交换财富，就像气体中的粒子交换能量一样。重新表述问题并将动态表示为两个过程的组合似乎是有用的。第一个是一个线性变换的两个粒子的分布函数的行为期间的交换，而第二个对应于新的随机配对的代理，并发挥某种反馈控制的作用。这种表示导致了克劳修斯型不等式，该不等式提出了对交换过程的新解释，即由于与特殊类型的储层接触而产生的不可逆转的弛豫。只有在某些特殊情况下，当平衡分布恰好是一个伽玛分布时，这个不等式才能得到具有单调增长的“熵”泛函的H定理，它与玻尔兹曼熵相差一个附加项。但对于任意的交换规则，该演化具有向非平衡定态松弛的特征，是否存在一般的H-定理尚不清楚。
2014-08-01 cond-mat.stat-mech
The Clausius inequality beyond the weak coupling limit: The quantum Brownian oscillator revisited
我们考虑一个量子线性振子以任意强度耦合到一个任意温度的水浴中。我们找到了振子密度算符的精确封闭表达式。这种状态是非正则的，但可以被证明是等效的，在一个有效的温度T_{eff}的有效质量和有效的弹性常数的非耦合线性振荡器。我们推导出一个有效的克劳修斯不等式Δ Q_{eff} =< T_{eff} dS，其中Δ Q_{eff}是有效（弱耦合）振子和浴之间交换的热，S代表有效振子的热熵，与耦合振子的冯诺伊曼熵相同。使用这个不等式（对于耦合强度变化的循环过程），我们确认了第二定律的有效性。对于固定的耦合强度，这个不等式也可以用振子质量或其弹性常数的变化来检验。它永远不会被侵犯。因此，适当定义的克劳修斯不等式比以前假设的更鲁棒。
2009-12-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
On testing the violation of the Clausius inequality in nanoscale electric circuits
克劳修斯不等式，第二定律的经典公式之一，最近被发现违反了量子制度。在这里，这一结果是制定的上下文中的介观或纳米级的线性RLC电路与热浴相互作用。以前的实验在这方面和相关领域的分析和实验检测的违反的可能性指出。它讨论了最近的实验达到的温度范围内，在那里的效果应该是可见的，并且该建议的一部分已经得到证实。
2002-05-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Clausius Inequality for Finite Baths Reveals Universal Efficiency Improvements
我们研究熵产生的纳米器件，这是耦合到有限的热浴。这种情况是越来越多的实验相关性，但大多数理论方法依赖于制定的第二定律有效的无限浴。我们解决这个问题指出，已经克劳修斯'文件从1865年包含一个适当的制定第二定律的有限热浴，这也可以严格来自微观量子描述。这个克劳修斯不等式表明，非平衡过程不像以前认为的那样不可逆。我们用它来正确地扩展兰道尔的原则，有限浴，我们证明，任何热机接触有限浴有一个更高的效率比以前认为的。重要的是，我们的结果很容易研究，只需要平均浴能量的知识。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Generalized Non-equilibrium Heat and Work and the Fate of the Clausius Inequality
通过将热dQ和功dW的传统概念推广为还包括它们的与时间相关的不可逆分量d_{i} Q和d_{i} W，允许我们根据瞬时内部温度T（t）和压力P（t）来表示它们，而常规形式使用介质的恒定值T_{0}和P_{0}。这导致了一个非常有用的非平衡态热力学公式，第一定律变成了吉布斯基本关系，克劳修斯不等式在所有情况下都变成了等式\ointdQ（t）/T（t）\equiv 0，这是一个非常显著但意想不到的结果。我们确定了不可逆分量d_{i} Q \equivd_{i} W，并讨论了如何确定它们以获得广义dW（t）和dQ（t）。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Generalized Clausius relation and power dissipation in non equilibrium stochastic systems
我们扩展了热力学的某些基本和一般概念，离散马尔可夫系统与水库交换功和热。在这个框架中，我们证明了著名的克劳修斯不等式可以推广，并成为一个平等，显着推广了最近的几个结果。我们进一步表明，在一个系统中实现零耗散意味着获得细致平衡，因此有零功率生产。我们得到的不等式的功率生产在更一般的情况下，并表明，近平衡获得最大功率生产需要耗散是相同的数量级。
2008-05-26 cond-mat.stat-mech
Determination of Nonequilibrium Temperature and Pressure using Clausius Equality in a State with Memory: A Simple Model Calculation
使用热的扩展定义dQ=deQ+diQ将大于或等于deQ/T0的克劳修斯不等式dS转换为等式dS=dQ/T，等式涉及具有热从热流向冷的传统解释的系统的非平衡温度T。将该等式应用于一维理想气体自由膨胀的精确量子演化。本文首次在保持初始状态记忆的展开式中计算了非平衡温度T和压力P，并与用独立方法求得的P/T比值进行了比较，以表明非平衡公式的一致性。我们发现量子演化本身不能消除记忆效应，因此不能使系统热化。
2016-05-23 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium dynamics in the quantum Brownian oscillator and the second law of thermodynamics
我们首先制备了一个在任意温度下弱耦合到处于平衡态的水浴的量子线性振荡器。我们通过改变耦合振子的哈密顿参数，即它的弹性常数或质量，按照任意的但预先确定的协议来干扰这个系统，从而对它进行外功，然后我们导出了耦合振子沿这个非平衡过程的约化密度算符的封闭表达式以及与相应的准静态过程有关的精确表达式.这立即使我们能够分析地讨论非平衡过程的热力学第二定律。然后我们导出了一个克劳修斯不等式，并得到了它支持第二定律的有效性，作为[1]中引入的对准静态对应物有效的克劳修斯不等式的一致推广。
2011-10-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Microscopic analysis of Clausius-Duhem processes
给定一个将系统从一个平衡态带到另一个平衡态的热力学过程，我们构造一个量，该量在该过程的微观实现的系综上的平均值仅取决于这些终态，即使在中间时刻系统是不平衡的。这一结果：（1）可以用连接两个平衡态的不可逆过程来表示它们之间的熵差，（2）导致克劳修斯-迪昂不等式的两个统计陈述，（3）可以推广到系统开始和/或结束于非平衡态的情况。
1999-06-16 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Necessity of Feedback Control for the Quantum Maxwell Demon in a Finite-Time Steady Feedback Cycle
我们重新审视量子麦克斯韦妖在热力学反馈循环中的稳态制度。我们得到了一个广义版本的克劳修斯不等式的有限时间稳定的反馈循环与一个单一的热浴。它被证明是比以前已知的更紧，并允许我们澄清，反馈控制是必要的，违反标准的克劳修斯不等式。
2022-09-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Inverse Clausius Thermodynamics in Run-and-Tumble Dynamics
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
建立一维有热噪声游动-翻滚粒子与空间变温过阻尼布朗运动的映射，通过逆克劳修斯热力学框架从稳态密度推断有效温度，并直接提取熵流和熵产生率。
2026-06-17 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of quantum Brownian motion with internal degrees of freedom: the role of entanglement in the strong-coupling quantum regime
研究了纠缠对开放量子系统统计熵与低温环境热交换之间关系的影响。一个Caldeira-Leggett型量子布朗运动模型--它违反了Clausius不等式。Nieuwenhuizen和A.E. Allahverdyan [物理评论E 66，036102（2002）] -重新审查和引用的工作的结果被纳入透视。为了解决这个问题，从信息理论的角度来看，两个耦合的布朗振荡器的模型制定，也可以被看作是一个连续版本的两个量子比特系统。一个额外的内部耦合参数对热和熵的变化的影响进行了描述和调查结果进行比较的情况下，一个单一的布朗粒子。
2005-03-18 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Thermodynamics. Symmetric and Unique Formulation of the First Law, Statistical Definition of Heat and Work, Adiabatic Theorem and the Fate of the Clausius Inequality: A Microscopic View
热和功在非平衡态热力学中的地位是相当混乱和不唯一的，即使在第一定律在交换热和功方面有很长的历史之后，目前仍有相互矛盾的解释，并且远未解决。此外，交换量缺乏一定的对称性。通过将传统的概念推广到包括它们的时间相关的不可逆分量，允许我们以对称形式dE（t）= dQ（t）-dW（t）来表示第一定律，其中dQ（t）和功dW（t）出现在平等的基础上并且具有对称性。我们证明了不可逆功转化为不可逆热。根据微观状态概率p_{i}（t）进行的统计分析唯一地将dW（t）确定为等熵的，而将dQ（t）确定为dE（t）的等距变化（见正文）;对于交换量，不会出现这种明显的分离。因此，我们的第一定律的新公式提供了巨大的优势，并导致了一个非常有用的非平衡态热力学公式，正如我们最近所展示的那样。我们证明了绝热过程不会改变p_{i}。无论系统偏离平衡多远，所有这些结果都是有效的。当系统处于内部平衡时，dQ（t）\equivT（t）dS（t）表示系统的瞬时温度T（t），这让人联想到平衡。我们证明了p_{i}（t）具有与平衡态非常不同的形式。第一定律和第二定律不再是独立的，所以我们只需要一个定律，这又让人想起平衡。传统的公式如克劳修斯不等式{ \oint } d_{e} Q（t）/ T_{0} <0等变为等式{ \oint }dQ（t）/T（t）\equiv 0等，这是一个从不可逆性角度看非常显著但出乎意料的结果。我们确定…
2012-06-04 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Formulation of Entropy through Work by Carnot Machine and Direct Derivation of Law of Entropy Non-Decrease from Kelvin-Planck Principle
本文直接从开尔文-普朗克原理推导熵不减定律，提出基于卡诺机做功的熵表述，并揭示熵为产生系统非均匀性的额外热力学成本。
2025-10-19 cond-mat.stat-mech
Reply on Comment on ``Extraction of work from a single thermal bath in the quantum regime''
我们在最近的信[1]中讨论了量子布朗运动在超过弱耦合极限时的热力学破坏。在他的评论中，Tasaki [2]导出了一个关于相对熵的不等式，并在没有做任何动力学假设的情况下声称克劳修斯不等式成立，从而与我们的陈述[1]相矛盾。在这里，我们指出，索赔是没有根据的，因为作者没有正确地确定热的概念。田崎还适用于不等式汤姆森的制定第二定律。该申请也无效，因为作者没有正确识别工作的概念。因此，田崎的不等式与我们的发现完全一致。
2000-11-16 cond-mat.stat-mech
Robustness of the second law of thermodynamics under generalizations of the maximum entropy method
它表明，热力学定律是非常强大的推广下的熵的形式。利用Bregman型相对熵，证明了Clausius不等式总是成立的.这意味着热力学是高度普适的，并不排除最大熵方法的一致推广。
2007-08-12 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Quantum Information Flows
我们报告两个结果补充热力学第二定律的马尔可夫开放量子系统耦合到多个水库具有不同的温度和化学势。首先，我们推导出一个非平衡自由能不等式，它提供了一个最大功率输出的上界，对于具有非均匀温度的系统，它不等价于克劳修斯不等式。其次，我们推导了组合系统的子系统的局部克劳修斯不等式和自由能不等式。这些不等式与总系统的不同之处在于存在与信息相关的贡献，并为量子信息处理的热力学奠定了基础。我们的理论是用来研究一个自治的麦克斯韦恶魔。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Invalidity of the Landauer inequality for information erasure in the quantum regime
克劳修斯不等式的一个已知方面是，受到熵的压缩$\d S<0$的平衡系统必须释放至少一定量的热$|\dbarrm Q|=T|\d S|$。这是Landauer原理的基础，该原理为擦除一位信息所产生的热量设定了一个下限$T\ln 2$。在这里，我们表明，在量子纠缠的世界里，这一定律被打破了，这表明量子信息载体可以比迄今为止所假设的更有效。
2002-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics of Brownian motion in Temperature Gradient
本文构建了温度梯度下布朗粒子的过阻尼随机热力学理论，推导了超额熵产生、Clausius 不等式和瞬态涨落定理，并通过分子动力学模拟验证了涨落定理在欠阻尼区域依然成立。
2024-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Thermodynamics of Amorphous Materials I: Internal Degrees of Freedom and Volume Deformation
这是三篇论文中的第一篇，专门讨论非晶态材料的非平衡态热力学。这里我们的重点是内部自由度在确定这种系统的动力学中的作用。为了说明的目的，我们研究一个固体的内部自由度是管理不可逆的体积变化的空缺。使用这个模型，我们比较了一个热力学理论的基础上的克劳修斯-迪昂不等式的统计分析的基础上直接增加的熵的法律。首先利用统计理论导出Clausius-Duhem不等式。然后，我们使用的理论超越这些结果，并获得详细的运动方程，包括率因子，是由变形引起的噪声波动增强。统计分析指出，需要了解能量和熵是如何共享的空缺和他们的环境。
2009-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Validity of the second law in nonextensive quantum thermodynamics
在量子体系中讨论了非广延统计力学中的热力学第二定律。利用与以q为指标的Tsallis熵相关的广义相对熵的凸性，证明了Clausius不等式在q = 0 ~ 2的范围内成立.这种对熵指数q的范围的限制纯粹是量子力学的，并且在经典理论中，对于第二定律的有效性，不存在q的上限。
2003-04-02 cond-mat.stat-mech
Statistical thermodynamics of quantum Brownian motion: Birth of perpetuum mobile of the second kind
在简谐约束势中耦合到简谐量子热浴中的量子粒子的布朗运动是精确可解的。结果表明，在足够低的温度下，由于与浴的纠缠，定态是非吉布斯的。在物理学上，当粒子周围的浴模式云开始发挥重要作用时，就会发生这种情况。事实上，整个系统的平衡热力学，颗粒加浴，并不意味着在低$T$的颗粒本身的标准平衡热力学。第二定律的各种公式在低$T$时被发现是无效的。首先，克劳修斯不等式可以被违反，因为热量可以从浴模式云的零点能量中提取。第二，当限制势的宽度突然改变时，会出现一个弛豫过程，在此过程中熵产生部分为负。第三，对于系统参数的非绝热变化，能量耗散的速率可以是负的，并且，在平衡之外，从浴中提取功的循环过程是可能的。提出了具有一个或多个做功循环的第二类永动机进入凝聚态物理领域的条件。第四，第二定律的不同表述（例如克劳修斯和汤姆森的表述）之间的等价性在低温下可以被破坏。这些效应是量子纠缠的结果，在存在的轻微偏离平衡性质的热浴，并成为重要的特征量子时间尺度$\hbar/k_BT$是大于或相当于其他时间尺度的系统。它们表明标准热力学和量子力学之间没有普遍的共识。
2001-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Theoretical bound of the efficiency of learning
本文提出统一热力学形式体系，通过推导比克劳修斯不等式更强的熵产生率下界，确定学习效率的一般上限，并在量子点系统和活细胞网络中验证，揭示能量与信息的基本权衡关系。
2025-04-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Brownian motion and its conflict with the second law
简谐束缚的量子粒子耦合到简谐量子池的布朗运动是精确可解的。在足够低的温度下，由于与浴的纠缠，定态是非吉布斯的。当粒子周围形成一团浴模时，就会发生这种情况。粒子和熔池的平衡热力学并不意味着低温下粒子本身的标准热力学。第二定律的各种表述都是无效的。首先，克劳修斯不等式可以被违反。第二，当限制势的宽度突然改变时，会出现一个弛豫过程，在此过程中熵产生率部分为负。第三，对于系统参数的非绝热变化，能量耗散的速率可以是负的，并且，在平衡之外，从浴中提取功的循环过程是可能的。提出了具有多个做功循环的第二类永动机进入凝聚态物理领域的条件。
2002-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Clausius' theorem and the Second law in the process of isoenergetic thermalization
本文利用Clausius公式和熵保持温度，证明了等能量热化过程中第二定律成立，并推广至连续及插值模型，讨论了负热容情形下的替代方案。
2024-08-29 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Theoretical bound of the efficiency of learning with coarse-graining
本文提出适用于多内部自由度随机热力学系统的信息学习效率热力学形式，通过柯西-施瓦茨不等式导出比克劳修斯不等式更紧的熵产生率下界，进而给出学习效率上界，并在细胞网络信息过程中验证。
2023-05-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Extraction of work from a single thermal bath in the quantum regime
由于量子热浴的纠缠，强耦合到量子热浴的量子粒子的定态是非吉布斯的。对于调和势，系统可以描述的有效温度，热力学关系示出采取广义吉布斯形式，这可能违反克劳修斯不等式。对于弱非调和情形，构造了Fokker-Planck型描述。它示出，然后工作可以提取从浴通过循环变化的参数。这些明显违反第二定律的现象，是在电解液稍微偏离平衡状态的情况下，量子相干性的结果。
2000-06-26 cond-mat.stat-mech
Diffusion Coefficient and Mobility of a Brownian Particle in a Tilted Periodic Potential
研究了在均匀外力F作用下，一维周期势场中粒子的布朗运动。利用其他作者得到的扩散系数D的公式和本文从Fokker-Planck方程导出的另一个公式，将D与微分迁移率μ= dv/dF进行了比较，其中v是粒子的平均速度。分析和数值计算表明，当周期势为对称势时，不等式D \ge μ k_{B} T成立，其中k_{B}为玻耳兹曼常量，T为温度，而当F不为零时，不对称势不成立.
2005-02-01 cond-mat.stat-mech
Breakdown of the Landauer bound for information erasure in the quantum regime
克劳修斯不等式的一个已知方面是，受到熵的压缩$\d S$的平衡系统必须释放至少一定量的热$|\dbarrm Q|=T|\d S|$。这是Landauer原理的基础，该原理为擦除一位信息所产生的热量设定了一个下限$T\ln 2$。在这里，我们表明，在量子纠缠的世界中，这个定律被打破了。与其热浴相互作用的量子布朗粒子在类似的挤压过程中，由于与热浴的纠缠，可以产生较少的热量，甚至{ \it吸收}热量。只要温度足够低，这种效应甚至对于与浴的弱但固定的耦合也存在。这使量子体系中的朗道束缚失效，并表明信息的量子载体可以比迄今为止所假设的更有效。
2000-12-15 cond-mat.stat-mech
Income inequality and mobility in geometric Brownian motion with stochastic resetting: theoretical results and empirical evidence of non-ergodicity
我们探讨了非遍历性在收入不平等（收入分配集中程度）与流动性（个人改变收入分配地位的可行性）之间的关系中的作用。为此，我们探讨了一个既定的收入增长模型，其中包括“重置”作为一个稳定的力量，确保静态动态的属性。我们发现，不平等的动态是政权依赖的，范围可以从一个严格的非遍历状态，这种现象有一个增加的趋势，到一个稳定的制度，不平等是稳定的，系统有效地模仿遍历行为。相反，流动性的措施，总是稳定的，随着时间的推移，但固定值是依赖于制度，这表明，经济变得不那么流动，在非遍历制度。通过拟合模型的经验数据，在美国的高收入者的收入份额的动态，我们提供的证据表明，在这个国家的收入动态是一贯的制度，其中非遍历性的特点不平等和不流动的动态。我们的研究结果可以作为一个简单的理由，观察到的现实世界的收入动态，并在解决非遍历性在全球各地的各种经验设置这样的援助。
2021-09-04 cond-mat.stat-mech econ.GN q-fin.EC
A Review of the System-Intrinsic Nonequilibrium Thermodynamics in Extended Space (MNEQT) with Applications
综述了一种新的方法（MNEQT）的非平衡态热力学（NEQT）的基础上的内部平衡（IEQ）的概念，在一个扩大的状态空间，包括内部变量作为额外的状态变量。IEQ宏状态在放大的状态空间中是唯一的，并且没有记忆，就像EQ宏状态在EQ状态空间中一样。该方法提供了一个明确的战略，通过几个例子来确定任何模型的内部变量。MNEQT直接处理系统内禀量，这非常有用，因为它们完全描述了不可逆性。正因为如此，MNEQT解决了NEQT中一个长期存在的问题，即确定系统的唯一全局温度T，从而实现了普朗克对任何系统的全局温度的梦想，即使它不均匀，例如当它在两个热浴之间驱动时; T具有满足克劳修斯陈述的传统解释，即交换宏观热量从热流动到冷，以及其他对温度有意义的标准。广义宏观热dQ的概念将克劳修斯不等式转换为克劳修斯等式dS=dQ/T，它也涵盖了具有记忆的宏观态，并遵循扩展性性质。对于NEQ孤立系，等式也成立。新的方法是非常有用的，因为它也工作时，没有内部状态变量被用来研究非唯一的宏观状态在EQ状态空间中的熵，从而引起记忆效应的显式时间依赖性为代价。为了说明这种新方法的有效性，我们给出了几个例子，如不可逆卡诺循环，摩擦和布朗运动，自由膨胀等。
2021-11-16 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Experimental investigation of coherence contributions to a nonequilibrium thermodynamic process in a driven quantum system
该研究在NMR量子处理器中实验探索了驱动量子系统的非平衡热力学过程，揭示了相干性生成对不可逆熵产生的贡献，并验证了不可逆熵产生具有下界的广义克劳修斯不等式。
2024-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
The impact of stochastic resetting on resource allocation: The case of Reallocating geometric Brownian motion
本文研究随机重置对再分配几何布朗运动的影响，发现存在临界重置率使系统从非平稳转为平稳分布，并证明最优重置可平衡增长与再分配、降低资源不平等。
2024-11-19 cond-mat.stat-mech
Entropy production and fluctuation theorems for active matter
活性生物系统远离平衡，即使在稳定状态下也会散热，因此需要扩展传统的平衡热力学和统计力学。在这封信中，我们已经扩展了随机热力学的新兴框架，活性物质。特别是，对于主动Ornstein-Uhlenbeck模型，我们提供了一致的定义的热力学量，如功，能量，热量，熵，熵产生的水平上的单一，随机轨迹和推导出相关的波动关系。我们已经开发了一个推广的克劳修斯不等式，这是有效的，即使在存在的非哈密顿动力学的活性物质系统。我们已经说明了我们的结果与明确的数值研究。
2017-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On microscopic entropy production, heat and fluctuation theorem
我们证明了吉布斯-香农熵适用于任何大小和边界条件的非平衡系统。微观熵的变化可以归因于动力学过程的随机性和热力学系统固有的不确定性。后者预测，熵产生是非负的平均和不同的轨迹根据涨落定理。相比之下，热量与粒子运动的随机过程有关，所有可能轨迹的系综平均导致克劳修斯不等式。Jarzynski/Crooks方程可以很容易地通过应用涨落定理在连接平衡态的不同轨迹上的热变化而导出。
2020-10-12 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Second Law-Like Inequalities with Quantum Relative Entropy: An Introduction
本文以量子相对熵的正定性和单调性为核心，系统介绍其与热力学第二定律相关的不等式，并推广到量子涨落定理、Hatano-Sasa不等式、数据处理不等式及带反馈控制的广义第二定律。
2023-04-17 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
On the thermodynamic analogy of intracellular diffusivity fluctuations
Aichi Institute of Technology（爱知工业大学）；Universität Stuttgart（斯图加特大学）
研究细胞内扩散波动的热力学类比，识别热量、功和内部能的类比量，构建热机类比以提取扩散变化，效率等同于卡诺热机，使熵变消失。
2026-04-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic processes generated by a class of completely positive quantum operations
试图通过采用最近提出的操作，形成积极的运营商价值的措施，产生热力学过程的量子热力学的业务制定。在这些操作下，热量以及冯诺伊曼熵单调增加。不动点分析表明，重复应用这些操作到一个给定的系统转换从它的纯基态在零温度的完全随机状态在高温极限与中间状态一般是不平衡的。它表明，克劳修斯不等式可以违反沿过程，在一般情况下。作为一个明确的例子，一个二分自旋-1/2系统进行了分析。
2012-02-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fluctuating diffusivity of RNA-protein particles: Analogy with thermodynamics
一个正式的类比波动扩散热力学讨论信使RNA分子荧光融合到活细胞中的蛋白质。关于这种RNA-蛋白质颗粒的波动扩散率的平均值作为内能的模拟，热量和功的模拟被识别。的克劳修斯不等式被证明持有的熵与扩散率的波动，这起着类似的作用，热力学熵，和热量的模拟。统计涨落分布的变化也从几何的角度进行了检查。本文的讨论有助于从热力学热力学定律的角度更深入地理解波动扩散率。
2021-03-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Geometrical Bounds of the Irreversibility in Markovian Systems
我们推导出满足细致平衡条件的量子和经典马尔可夫开放系统中不可逆性的几何界限。使用信息几何，我们证明了不可逆的熵产生是有界的从下面的修改Wasserstein距离之间的初始和最终状态，从而加强了克劳修斯不等式的可逆马尔可夫的情况下。修正的度量可以看作是Wasserstein度量的离散状态推广，Wasserstein度量已经被用于连续状态Langevin系统的界耗散。值得注意的是，导出的界限可以被解释为量子和经典的速度限制，这意味着相关的熵产生约束系统状态转换的最小时间。我们举例说明了几个系统的结果，并表明，一个更严格的限制比卡诺限制的量子热机的效率可以得到。
2020-11-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Verschraenkung versus Stosszahlansatz: Disappearance of the Thermodynamic Arrow in a High-Correlation Environment
环境相关性在确定热力学行为的关键作用。构造了一类两个宏观系统的纠缠态，使得在给定的温度下，每个组分都处于热平衡状态，当两个组分相互作用时，热可以从较冷的系统流向较热的系统.稀气体模型表现出这种行为。热力学箭头的这种逆转是两个系统之间纠缠的结果，这种情况与分子混沌相反，并且在低熵环境中不太可能。第二定律是在低熵环境下通过证明克劳修斯不等式而建立的。这些普遍的结果强烈地支持了最初由玻尔兹曼表达并随后由其他人详细阐述的期望，即第二定律是一种需要低熵宇宙学环境的涌现现象，这种宇宙学环境可以有效地作为理想的信息库。
2007-08-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics of chemical reaction networks
对于由主方程描述的化学反应网络，我们定义了能量和熵的随机轨迹，并开发了一个一致的非平衡态热力学描述沿一个单一的随机轨迹的反应事件。类似能量平衡的第一定律涉及每个反应的内能、应用（化学）功和耗散热。沿着单个轨迹的熵产生涉及网络本身的熵和介质的熵的变化之和。后者由通过第一定律确定的交换热给出。总熵产生的约束下的网络任意驱动的时间相关的速率和详细的波动定理在稳态网络的积分波动定理。进一步的精确关系，如广义Jarzynski关系和广义克劳修斯不等式进行了讨论。我们说明了这些结果的三物种循环反应网络，表现出非平衡稳态以及不同的稳定状态之间的过渡。
2006-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Physical insight into the thermodynamic uncertainty relation using Brownian motion in tilted periodic potentials
使用布朗运动的周期性势$V(x)$倾斜的力$f$，我们提供了物理洞察热力学不确定性关系，最近提出的统计误差和不可逆的非平衡稳态热耗散的原则。根据该关系式，耗散过程产生的非平衡输出必然引起能量成本或热耗散$q$，并且为了将输出波动限制在相对不确定性$ε$内，至少必须耗散$2k_BT/ε^2$的热。我们的模型表明，这个绑定不仅在接近平衡（$f\ll V'(x)$），但也在远离平衡$(f\gg V'(x))$，更一般地说，当耗散的热量是正态分布。在临界力附近，当势阱之间的势垒即将消失时，能量消耗最大，布朗粒子的涨落最大。这些结果表明，热分布偏离高斯性导致了不确定关系的不等式，进一步阐明了不确定关系的含义。我们的不确定性关系的推导也认识到一个新的约束的非平衡波动的方差耗散热（$σ_q^2$）增加其平均值（$μ_q$），不能小于$2k_BTμ_q$。
2017-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
