Irreversibility in active matter systems: Fluctuation theorem and mutual information
我们考虑一个布朗粒子，除了与热浴接触外，还受到系统中活跃过程的波动力的驱动，例如自推进或与其他活跃粒子的碰撞。这些活跃的涨落不满足涨落-耗散关系，因此起着非平衡环境的作用，即使在没有外力的情况下，也会使系统永久地处于热平衡之外。我们研究了如何在布朗粒子的轨迹中反映出活性物质系统的非平衡特性和相关的不可逆性。具体来说，我们分析的对数比的路径概率观察到一定的粒子轨迹向前的时间与观察其时间反转的孪生轨迹。对于被动布朗运动，众所周知，这个路径概率比量化了熵产生方面的不可逆性。对于积极的布朗运动，我们表明，除了通常的熵产生的热环境中的路径概率比包含一个贡献的不可逆性从相互信息生产之间的粒子轨迹和历史的非平衡环境。由此产生的不可逆性措施满足积分涨落定理和第二定律的关系。在推导和讨论这些关系时，我们要记住，主动涨落可能是由于悬浮的主动粒子推动被动胶体或由于粒子本身的主动自推进而发生的;我们指出了这两种情况之间的相似性和差异。我们得到明确的表达式为模型的主动波动的Ornstein-Uhlenbeck过程。最后，我们通过分析一个布朗粒子，这是被困在一个静态或运动的谐波势说明我们的一般结果。
2019-02-23 cond-mat.stat-mech
Microscopic theory for the time irreversibility and the entropy production
在随机热力学中，热力学系统的熵产生由正向和反向过程中路径概率比的对数测量的不可逆性定义。我们从由物理系统和周围热环境组成的整个系统的确定性运动方程出发，导出了不可逆性和熵产生之间的关系。物理系统是由一个非保守力驱动的。推导假设马尔可夫近似，即环境自由度瞬时平衡。我们的方法涉及整个系统的不可逆性，而不仅仅是物理系统的不可逆性。这种方法提供了一个指导方针，选择适当的反向过程给一个给定的前向过程。我们证明了我们的想法与带电粒子在随时间变化的磁场的存在下的一个例子。
2017-06-06 cond-mat.stat-mech
Thermoelectric generator at optimal power with external and internal irreversibilities
有几个确切的结果，在外部和内部不可逆性的存在下，热电发电机的最佳功率条件-建模为非理想的热接触和焦耳加热，分别。在简化的情况下，只假设一种不可逆性，得到了一些著名的最大功率效率（EMP）的表达式，如内可逆模型的Curzon-Ahlborn效率。在这项工作中，我们分析的情况下，同时存在的内部和外部的不可逆性。为了简化，我们忽略热泄漏，并且每种不可逆性仅在其中一个热接触的一侧上假设。我们还提出了对称的情况下-每种不可逆性的贡献与每个热接触侧的强度相等。我们展示了EMP在这些制度中的每一个中所满足的界限，并比较其热阻抗匹配和接近平衡的性质，在那里我们发现EMP的逐步变化。
2018-10-24 cond-mat.stat-mech
Finite-time Polytropic Steering Reveals Non-monotonic Irreversibility
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Department of Physics, Xiamen University（厦门大学物理系）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University（北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室）
本文提出多态驱动协议，揭示了非单调不可逆性与驱动速率的关系，并展示了多态指数作为热力学控制参数的潜力。
2026-10-22 cond-mat.stat-mech
Spontaneous irreversibility and objective thermalization in stochastic modifications of quantum theory
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）
通过引入量子理论的随机扩展，使宏观孤立系统客观热化，并满足涨落-耗散关系，实现自发不可逆性和量子-经典交叉动力学。
2026-06-02 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic entropy production: Fluctuation relation and irreversibility mitigation in non-unital quantum dynamics
本研究针对非幺正量子映射描述的开放量子系统，推导了随机熵产生的涨落关系与相对熵表示的平均熵公式，并将其应用于量子比特热化以分析不可逆性缓解现象。
2023-06-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Theory of Irreversibility in Quantum Many-Body Systems
本文研究量子多体系统中幺正动力学与不可逆弛豫的调和问题，将谱形状因子与自关联函数联系，并在随机相位模型中解析证明热力学极限下 RP 共振导致不可逆性和反常弛豫。
2025-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Irreversibility of sudden processes: Compression versus expansion in perfect gases
本文研究理想气体在外部压力突变时的压缩与膨胀过程，发现两者在熵产生上存在非对称性：压缩时熵随压力变化线性增长，膨胀时呈对数关系。
2023-09-05 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Optimal performance of thermoelectric devices with small external irreversibility
本研究在恒定属性模型中同时考虑内部与外部不可逆性，采用对称小外部不可逆近似，推导出依赖三个参数的最大功率效率表达式，并比较了多种模型，扩展至制冷机分析。
2025-08-06 cond-mat.stat-mech
Squeezing generation crossing a mean-field critical point: Work statistics, irreversibility and critical fingerprints
本研究探究平均场临界系统有限时间循环中热力学量的临界指纹，发现临界点在无限慢驱动下仍导致恒定不可逆功，推导出解析表达式并揭示负功概率与临界停留时间的反比关系及零温不可逆性特征。
2025-08-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Breathers and Thermal Relaxation in Fermi-Pasta-Ulam Arrays
热弛豫非线性阵列中呼吸子的稳定性和寿命敏感地依赖于它们与其他激励的相互作用。我们回顾了费米-Pasta-Ulam阵列中呼吸子的弛豫，特别关注不同的弛豫通道及其对粒子间相互作用、维数、初始条件和系统参数的依赖。
2002-10-15 cond-mat.stat-mech
Microscopic Dynamical Entropy I: Quantifying Hamiltonian Irreversibility in Large and Small Systems
Wilczek Quantum Center, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge
该论文引入用于哈密顿系统的微观动力学熵（MDE），基于条件相空间体积构建，能恢复熵增量与热流关系，在精确哈密顿动力学下描述不可逆弛豫，可在小系统中预示热力学，为非平衡热熵及其时间依赖性提供微观解释。
2026-07-09 cond-mat.stat-mech
The total energy approach for calculating the specific heat of liquids and glasses
本文回顾了基于DFT总能量方法计算液体和玻璃比热的第一性原理MD模拟进展，重点处理原子弛豫、亚稳态与不可逆性带来的困难，并通过多时间尺度和热力学第二定律给出平衡性质与不可逆性的一致处理。
2025-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Reversibility, heat dissipation and the importance of the thermal environment in stochastic models of nonequilibrium steady states
我们研究随机过程，用于模拟非平衡过程（例如，拉RNA或拖动胶体），所以故意违反细致平衡。我们认为，通过结合信息论的不可逆性与非平衡功定理的措施，抽象动力学所隐含的热物理可以确定。这个度量在热力学熵的产生上是有界的，因此可以量化随机动力学对现实的建模程度。我们还使用我们的研究结果来批判各种建模方法和稳态热力学中出现的概念。
2007-11-12 cond-mat.stat-mech
Thermal dissipation in two dimensional relativistic Fermi gases with a relaxation time model
研究了二维费米气体在不同温度和密度下的热输运性质。热通量的建立是通过求解Uehling-Uhlebeck方程，使用Marle碰撞核给出的弛豫近似，并考虑温度和化学电势梯度作为独立的热力学力。结果表明，相应的输运系数是成比例的，这导致了定义一个广义的热力和一个单一的输运系数的可能性。分析了这种电导率随温度和化学势的变化，并讨论了它与弛豫参数的关系。简要讨论了结果的相关性和应用。
2019-03-09 cond-mat.stat-mech
Stochastic Resetting vs. Thermal Equilibration: Faster Relaxation, Different Destination
本研究比较了谐势场中布朗运动的随机重置与热弛豫，发现随机重置能更快收敛至不同的非平衡稳态，其加速与稳态形状由单一无量纲参数控制，并在弛豫速度与空间探索程度之间存在权衡。
2025-10-30 cond-mat.stat-mech
The new integral relaxation time for thermal activation of spins
引入了经典自旋双阱系统两个势阱布居数差的积分弛豫时间。对于单轴对称，它由求积给出。不同于先前引入的积分弛豫时间的磁化，前者在低温下描述了在所有条件下，包括强偏置的情况下，跨越势垒的速率。在高势垒的情况下，新的积分弛豫时间接近福克-普朗克方程的最低本征值的倒数。它可以更方便地找到由数值方法比后者。
2000-02-29 cond-mat.stat-mech
Thermal fluctuations and longitudinal relaxation of single-domain magnetic particles at elevated temperatures
本文给出了具有单轴各向异性的磁性纳米粒子在高温下（包括在T_c附近）的开关时间的数值和解析结果。该考虑基于Landau-Lifshitz-Bloch方程，该方程包括磁化强度M的弛豫。由此产生的切换时间短于从朴素的Landau-Lifshitz方程以下，由于（i）额外的势垒降低，因为减少M在障碍和（ii）的阻尼参数的临界发散。
2004-09-14 cond-mat.stat-mech
Optimal transport and anomalous thermal relaxations
本文研究了最优传输与反常热弛豫的联系，通过连续和离散系统模型，发现在特定离散动力学下，最优传输与姆佩巴效应的强变体可在相同弛豫协议下同时发生。
2023-07-30 cond-mat.stat-mech
Two-time-scale relaxation towards thermal equilibrium of the enigmatic piston
研究了由$N$和质量为$m$的点粒子组成的系统在一个被质量为$M\gg m$的绝热活塞分成两个腔室的容器中的演化.使用两个时间尺度的小参数$α=2m/(M+m)$扰动的方法，我们表明，朝着热平衡的演变进行了两个阶段。第一阶段是一个快速的，确定性的，绝热松弛向力学平衡。第二阶段，发生在时间${\cal O}(M)$，是一个缓慢的波动驱动的，透热松弛走向热平衡。导出了一个非常简单的方程，它表明在第二阶段，活塞的位置由$X_M(t)=L[1/2-ξ(αt)]$给出，其中函数$ξ$与$M$无关。数值模拟支持我们的分析推导的假设，并说明了大的质量范围内的图片持有。
2003-12-13 cond-mat.stat-mech
Dynamic Relaxation of a Levitated Nanoparticle from a Non-Equilibrium Steady State
涨落定理是热力学在小尺度上的推广，为描述非平衡纳米尺度系统中热力学量的涨落提供了工具。它们对于理解基本化学和生物过程中的不可逆性和第二定律特别重要，这些过程是主动驱动的，因此远离热平衡运行。在这里，我们应用涨落定理的框架来研究系统从非平衡态向平衡态弛豫的重要情况。使用真空捕获的纳米粒子，我们证明了实验的有效性的波动定理的相对熵的变化发生在从非平衡稳态松弛。该平台可以对任意定态的非平衡态涨落定理进行实验研究，并可以扩展到量子涨落定理以及不服从细致平衡的系统。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Measuring out-of-time-order correlators on a quantum computer based on an irreversibility-susceptibility method
Graduate School of Information Science and Technology, Hokkaido University（北海道大学信息科学技术研究院）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（理化学研究所跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS））；Department of Informatics, Faculty of Information Science and Electrical Engineering, Kyushu University（九州大学信息科学与工程学部信息系）；JST, FOREST（日本科学技术振兴机构，前沿研究项目）
本文通过三种协议在量子计算机上实验测量反时间序相关函数，首次演示了不可逆性-易变性方法，并比较了三种方法的性能与局限性。
2026-03-17 cond-mat.stat-mech hep-ex quant-ph
Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
本文构建广义几何热力学框架，研究有限时间量子过程中的熵产生与耗散极限，扩展 Landauer 原理并优化介观热机。
2024-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental characterization of a spin quantum heat engine
小量子系统热力学的发展设想了非经典热机。在这种情况下，能量涨落在描述不可逆性中起着重要作用。基于自旋1/2系统和核磁共振技术，我们在实验上实现了一个量子热机。在显微镜尺度的不可逆性的充分特点是与工作和热流的能量波动的评估。我们还研究了有限时间内与熵产生有关的效率滞后。所实现的热机在热波动和量子波动（与瞬时能量本征态之间的跃迁相关联）都与其描述相关的情况下操作。以最大功率执行量子奥托循环，概念验证量子热机能够达到非常接近其热力学极限（$η=44$ %）的功提取效率（$η\approx42$ %）。
2019-09-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Accelerating the heat diffusion: fast thermal relaxation of a microcantilever
在大多数系统中，热扩散相对于机械弛豫本质上是缓慢的。我们在这里设计了一种通用的方法来加速一维物体的温度场的松弛，以击败机械时间尺度。这种方法被应用到一个微米大小的硅悬臂梁，局部加热的激光束。一个定制的驱动协议的激光功率推导出快速达到热稳态。该模型的实验实现产生显着的加速的热松弛，高达30倍。一个很好的协议与理论预测的报告。该策略允许比自然机械松弛显著更快地达到热稳定状态。
2023-03-22 cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Fluid Flow as Transport of Probability: Entropy, Compressibility, and Irreversibility
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
本文将流体密度视为概率密度，通过熵演化揭示宏观可压缩性与微观扩散对熵产生的影响，并给出压缩混合层厚度标度律，经数值模拟验证，为不可逆性提供分析框架。
2026-09-22 cond-mat.stat-mech physics.class-ph physics.flu-dyn
Anomalous thermal relaxation of Langevin particles in a piecewise-constant potential
我们考虑了在过阻尼极限下，在热涨落作用下，分段常数势场中粒子的热弛豫。我们研究了Mpemba效应的发生，亚稳态的存在，和相变作为潜在的函数之间的连接。我们发现，即使在没有亚稳态的情况下，Mpemba效应也存在。在所考虑的物理系统中，效应发生的区域的边界对应于方向的本征向量变化或对应于相变。最后，我们讨论了强Mpemba效应的拓扑方面，并建议使用拓扑搜索物理系统中的Mpemba效应。
2021-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical Behaviour of Thermal Relaxation in Disordered Systems
在远高于逾渗阈值的组成下，当足够大值的恒定电流通过样品时，由于焦耳加热，复合样品的电阻随时间增加。如果电流小于特定击穿电流（$I_b$），则电阻最终达到具有特征弛豫时间$τ_h$的稳定值。后者与当前的$I$不同，为$τ_h \sim {(1-I^2/ {I_b}^2)}^{-z}$。指数$z$的值显示大的波动，导致弛豫时间的不寻常的缩放。与热力学动态临界现象的行为进行了比较。
2003-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Physical swap dynamics, shortcuts to relaxation and entropy production in dissipative Rydberg gases
致密里德伯气体是一种非平衡系统，其中强的密度-密度相互作用产生有效的动力学约束。它们引起与高度约束的多体构型相关的动态停滞，导致缓慢松弛和玻璃态行为。多组分里德伯气体具有额外的长程相互作用，如激发交换。这些类似于用于人工加速经典玻璃形成者的原子模型模拟中的弛豫的粒子交换。然而，在里德伯气体中，交换是真实的物理过程，它提供了弛豫的动力学捷径。它们允许在实验中加速接近定态，同时对非平衡定态产生影响。特别是它们与辐射衰变过程的相互作用放大了动力学的不可逆性，我们通过定态熵产生来量化这种影响。我们的工作突出了一个有趣的类比真正的动力学过程中的里德伯气体和人工动力学基础先进的蒙特卡罗方法。此外，它提供了一个量化的特征的戏剧性的影响互换的结构和动力学的固定状态。
2019-07-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Relevance of the eigenstate thermalization hypothesis for thermal relaxation
研究了本征态热化假设（ETH）的有效性及其对封闭量子多体系统中初态无关（ISI）平衡的作用。利用动力学典型性的概念，我们提出了一个广泛的数值分析的能量交换的可积和不可积的自旋1/2系统的大尺寸范围外的精确对角化。在不可积系统的情况下，我们的有限尺寸标度表明，ETH成为有效的热力学极限，可以作为ISI平衡的基础机制。然而，在可积系统的情况下，尽管违反了ETH，仍观察到ISI平衡的指示。我们在这个观察结果和在ETH中选择适当参数的需要之间建立了联系。
2015-06-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Viscosity and Thermal Relaxation for a resonantly interacting Fermi gas
利用多体散射矩阵计算了相互作用的费米子气体的粘性和热弛豫速率随温度和散射长度的变化关系，该矩阵包含了由于中间态的费米阻塞引起的介质效应。这些影响被证明是大的转变温度接近$T_c$的超流状态。对于一个均匀的气体在幺正极限，弛豫速率增加了近一个数量级相比，在没有介质的影响，由于库珀不稳定性在$T_c$的情况下获得的值。对于被困气体的相应的比例被发现是约3由于平均超过不均匀的密度分布。在$T_c$以下的超流效应被认为是能隙和转变温度之间的比率的主导顺序。
2005-04-27 cond-mat.stat-mech hep-ph
Quantum Trajectory Approach to the Stochastic Thermodynamics of a Forced Harmonic Oscillator
我制定了一个量子随机热力学的量子轨迹的连续监测强迫谐振子耦合到热库。一致的依赖于熵的定义，介绍了工作，热量和熵，通过工程的热库从一系列的两级系统。在这种形式主义的不可逆性和熵产生之间的联系进行了分析和证实，证明了一个详细的量子轨道的涨落定理。最后，可能的实验验证进行了讨论。
2012-02-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Relaxation to thermal equilibrium in the self-gravitating sheet model
我们重新讨论了所谓的“片模型”中弛豫到热平衡的问题，即，一维粒子通过与它们的分离无关的吸引力相互作用。我们发现，这种放松可以非常清楚地检测到，其特征在于以下的演变的序参量定义的相空间分布的探测其纠缠在空间和速度坐标的适当归一化的时刻。对于一类由矩形水袋初始条件的剧烈弛豫引起的准定态，其特征在于它们的维里比R_0，我们表明弛豫发生在一个时间尺度上，（i）在粒子数N中近似线性地标度，（ii）也显示出对R_0的强烈依赖性，来自较冷初始条件的准定态弛豫得更快。序参量的时间演化可以用一个拉伸指数函数来描述。最后，我们研究了弛豫准定态的弛豫时间与涨落幅度的相关性，以及时间平均值与系综平均值之间的关系。
2010-11-02 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
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
Relaxation and Emittance Growth of a Thermal Charged-Particle Beam
我们提出了一个理论，使我们能够准确地计算分布函数和发射度增长的热带电粒子束后，它放松到平衡。该理论可用于获得粒子的分数，这些粒子将从束中蒸发形成晕。计算出的发射度增长被认为是在良好的协议与模拟。
2009-10-27 cond-mat.stat-mech physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy thresholds of discrete breathers in thermal equilibrium and relaxation processes
到目前为止，只有非线性哈密顿系统中单个离散呼吸子的能量阈值得到了解析解。在这项工作中，离散呼吸子在热平衡的能量阈值和长寿命的离散呼吸子，可以保持在一个长时间的松弛后的能量阈值的非线性链的解析估计。这些能量阈值取决于尺寸。在热平衡时，离散呼吸子的能量阈值与以前单个离散呼吸子的分析结果相同。长寿命的离散呼吸子在弛豫过程中的能量阈值不同于以前的结果，为单一的离散呼吸子，但同意我们已知的出版的数值结果。由于实际系统要么处于热平衡，要么处于弛豫过程中，所获得的结果可能是重要的离散呼吸子的实验检测。
2017-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech nlin.PS
Thermal relaxation asymmetry persists under inertial effects
Institute of Physics, University of Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）；Mathematical Physics and Stochastic Dynamics, Institute of Physics, University of Freiburg（弗赖堡大学物理学院数学物理与随机动力学）
研究揭示在从热平衡远端的松弛现象中，热松弛不对称性在从过度阻尼到欠阻尼动力学范围内均持续存在，且在欠阻尼动力学中加热速度仍快于冷却。
2026-06-08 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Application of a time-convolutionless stochastic Schrödinger equation to energy transport and thermal relaxation
基于有效波函数的量子随机方法形成了一个框架，用于研究耦合到浴槽的量子力学系统的一般非马尔可夫动力学。它们承诺在计算上优于主方程方法，主方程方法对于大维度的希尔伯特空间在数值上是昂贵的。在这里，我们数值研究一个已知的随机薛定谔方程，这是当地的时间给描述的热弛豫和能量传输的适用性。这个随机薛定谔方程可以用一个中等的数值代价来求解，实际上可以与马尔可夫系统的数值代价相媲美，并且再现了根据一般非马尔可夫主方程演化的系统的动力学。在验证了它正确地描述了热弛豫后，我们首次将它应用于自旋链中的能量输运。我们还讨论了一个便携式的算法产生的有色噪声与数值解的非马尔可夫动力学。
2014-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum quenches in disordered systems: Approach to thermal equilibrium without a typical relaxation time
本文研究了具有短程相互作用和长程随机跳跃的一维无自旋费米子的光谱性质和猝灭后的动力学行为。我们表明，足够快的衰减的跳跃项促进本地化效应在有限的温度下，即使经典运动是混乱的，这将防止热化。对于较慢的衰变，我们发现热化确实发生。然而，在这个模型中，后者政权属于一个意想不到的普遍性类，即，可观的表现出幂律（而不是指数）的方法，其热期望值。
2012-05-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
On the thermal relaxation of a dense gas described by the modified Enskog equation in a closed system in contact with a heat bath
研究了与热浴接触的封闭系统中稠密气体的热弛豫，发现在满足Darrozes--Guiraud不等式的边界条件下Helmholtz自由能单调递减，并将结果扩展至修正Enskog--Vlasov方程。
2023-05-19 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Asymmetric Thermal Relaxation in Driven Systems: Rotations go Opposite Ways
本文证明一般线性漂移驱动的非平衡系统仍存在热弛豫不对称，并发现升温和降温过程中旋转方向相反，说明含噪系统弛豫不必经过局部平衡态。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
