A case study of thermodynamic bounds for chemical kinetics
在这一章中，我们说明了最近获得的热力学界限的一些酶网络，专注于简单的例子，单环或多环网络。我们还推导出互补关系，约束的波动的首次通过时间达到阈值电流。
2018-04-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamic uncertainty relation and thermodynamic speed limit in deterministic chemical reaction networks
推广了确定性化学反应网络的热力学不确定关系和热力学速度极限。通过考虑宏观CRN和介观CRN之间的联系导出的标度扩散系数在我们的结果中起着至关重要的作用。TUR表明，熵产生率和比例扩散系数与浓度变化率的平方之比的乘积小于2。TSL状态之间的权衡关系的速度和热力学量，熵产生和时间平均的标度扩散系数。结果证明了开放和非理想CRNs的一般设置。
2021-09-15 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamics of Concentration vs Flux Control in Chemical Reaction Networks
我们研究了开放化学反应网络的两种控制机制的热力学含义。第一个控制与周围环境交换的物种的浓度，而另一个控制交换通量。我们表明，这两种机制可以映射到另一个，通常在浓度控制的框架中开发的热力学理论也可以应用于通量控制。这意味着热力学势和驱动化学反应网络脱离平衡的基本力可以以相同的方式识别两种机制。通过分析一个简单的酶模型的动力学和热力学，我们还表明，虽然这两种机制是等效的在稳态下，流量控制可能会导致从根本上不同的制度，系统实现平稳增长。
2021-12-09 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Fluctuations in the presence of fields -Phenomenological Gaussian approximation and a new class of thermodynamic inequalities-
本文的工作接近于场存在下热力学系统涨落的研究。该方法是唯象的性质，并在高斯近似。该研究的例子的情况下，磁化连续的磁准静态场，以及所谓的离散系统。在最后一种情况下，人们发现波动估计既依赖于系统的内在属性，也依赖于环境的特征。根据作者之一的一些早期的想法，我们提出了一类新的热力学不等式的系统研究在本文中。在两个变量的情况下，上述不等式只不过是众所周知的量子海森堡（“不确定性”）关系的非量子类似物。此外，所获得的波动估计支持的想法，玻尔兹曼常数k的意义的一个通用指标的随机热力学系统。PAC编号：05.20。- 05：40 a，05.70。a，41.20.Gz
2000-11-27 cond-mat.stat-mech
Information-geometric structure for chemical thermodynamics: An explicit construction of dual affine coordinates
我们构造了一个适用于包括非理想和开放体系在内的广泛化学反应体系的化学热力学信息几何结构。为此，我们明确地构建对偶仿射坐标系，它完全指定的信息几何结构，使用的反应程度和反应的亲和力作为坐标的线性约束空间的物质的量。由此产生的结构诱导了一个度量和一个发散（两个量分布的函数），两者都用化学势表示。这些数量已经部分已知的理想稀溶液，但它们的扩展非理想的解决方案和完整的基础结构是新颖的。所构造的几何是随机热力学对偶仿射坐标的推广。例如，度量和散度是Fisher信息和Kullback-Leibler散度的推广。作为一个应用程序，我们确定的化学热力学模拟的Hatano-Sasa过剩熵生产使用我们的分歧。
2022-07-30 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamics of Non-Elementary Chemical Reaction Networks
我们开发了一个热力学框架，适用于不需要遵守质量作用动力学的非基元反应的封闭和开放的化学网络。它只需要动力学和标准化学势的知识，并利用网络的拓扑性质（守恒定律和循环）。我们的方法被证明是准确的，如果网络的结果从一个更大的网络的基本反应，快速发展的物种已经粗粒度。我们的工作应该是特别相关的精力充沛的考虑在生物系统中的基本动力学的特征很少实现。
2020-08-24 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Chemical Association via Exact Thermodynamic Formulations
从反应A + B C的“化学”角度来观察吸引单体A和B的双组分物理体系是很有成效<->的，其中C = AB是一个缔合对或络合物。我们展示了如何构建自由能的三个组件或化学图片，在质量作用平衡，准确地再现任何给定的两个组件或“物理”热力学。顺序匹配条件和封闭形式的化学表示揭示了可用于修改A-C，B-C和C-C相互作用以及调整缔合常数的自由度。理论（在更简单的单组分中，即，A = B，情况）通过处理范德华流体来说明。
1998-05-12 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Inequalities generalizing the second law of thermodynamics for transitions between non-stationary states
我们讨论的后果的一个变种的Hatano-Sasa关系，其中一个非平稳分布是用来代替通常的固定的。我们首先表明，这种非平稳分布与直接和双重动态之间的流量差异有关。在此基础上，我们推广了M. Esposito和C. Van den Broeck in Phys. Rev. Lett. 104，090601（2010），用于固定情况。我们还得到了有趣的第二定律，如不等式之间的过渡非定态。
2012-02-06 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of bipartite systems: transfer entropy inequalities and a Maxwell's demon interpretation
本文从随机热力学的角度研究了二部系统上马氏过程的平稳态。一个子系统用于从热浴中提取功，同时受到第二个子系统的影响。我们表明，后者允许一个透明的和一致的解释麦克斯韦的恶魔。此外，我们得到了一个积分涨落定理涉及转移熵从一个子系统到另一个。比较三个不同的不等式，我们发现，第一个子系统的熵减少提供了一个更严格的约束的提取工作的速率比从这个子系统的恶魔和通过恶魔的动力学耗散的热量的转移熵的速率。后两个速率不能通过如四状态系统的说明性示例所示的不等式来排序。
2014-02-03 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Bounds from Otto--Villani Functional Inequalities
Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）
通过 Otto-Villani 泛函不等式，将自由能动力学与最优输运联系起来，为势垒存在下的弛豫速度提供几何视角，并用 Landau-Ginzburg 势的数值实验验证。
2026-10-06 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Circuits: Modeling chemical reaction networks with nonequilibrium conductance matrices
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS/IN2P3, IJCLab（法国国家科学研究中心/法国核学与粒子学研究所，IJCLab）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS, LIED（法国国家科学研究中心，LIED）
该研究推导了开放稳态化学反应网络的非平衡电导矩阵，通过两种方法计算双模块CRN的非平衡电导并验证结果一致，为热力学电路理论提供了例证支撑。
2025-06-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Nonequilibrium Thermodynamics of Chemical Reaction Networks: Wisdom from Stochastic Thermodynamics
对基元反应的开放化学反应网络建立了严格的非平衡态热力学描述。它们的动力学由满足质量作用定律的确定性速率方程描述。我们最一般的框架认为开放网络驱动的时间依赖恒化器。建立了能量平衡和熵平衡，并引入了非平衡吉布斯自由能。后者与其平衡形式之间的差异表示恒化器使网络处于非平衡状态所做的最小功。它在非驱动的详细平衡网络（即放松到平衡态的网络）中最小化，并且具有有趣的信息论解释。我们进一步表明，复杂的平衡网络（即放松到特殊类型的非平衡稳态的网络）的熵产生分裂成两个非负的贡献。一个表征非平衡稳态状态的耗散，另一个表征由于弛豫和驱动引起的瞬态。我们的理论为研究生化网络中的时间依赖性能量和信息转导奠定了基础。
2017-01-11 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Emergence of Open Chemical Reaction Network Thermodynamics within Closed Systems
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Padova（帕多瓦大学）
研究探讨了在封闭系统中，通过时间尺度分离和物种丰度分离条件，开放化学反应网络的动力学和热力学如何作为渐近现象出现，揭示了化学平衡态的统一基础。
2026-10-20 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamics of inequalities: from precariousness to economic stratification
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）
研究通过热力学类比经济分层与统计熵，揭示不平等的驱动因素，并提出第二定律不平等关系，分析财富分布弛豫时间尺度。
2014-11-30 cond-mat.stat-mech econ.GN physics.soc-ph
Linear nonequilibrium thermodynamics of reversible periodic processes and chemical oscillations
昂萨格的唯象方程成功地描述了不可逆热力学过程。他们假设一个对称的热力学通量和力之间的耦合矩阵。很容易证明，耦合矩阵的反对称部分对耗散没有贡献。因此，即使存在反对称项，熵产生也完全由对称矩阵控制。在这项工作中，我们专注于反对称的贡献，描述等熵振荡和定义良好的运动方程。形式主义包含变量是等效的动量，和系数是类似的惯性质量。我们应用这种形式主义的简单问题，如振荡活塞和振荡的LC电路。我们表明，等熵振荡是可能的，甚至接近平衡的线性极限，并不需要远离平衡的情况。人们可以将这种形式主义扩展到其他变量对，包括具有振荡的化学系统。在等熵热力学系统中，包括温度在内的所有广泛和密集的变量都可以显示出类似于绝热波的振荡。
2017-06-12 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamics at zero temperature: inequalities for the ground state of a quantum many-body system
证明了零温下单组分多体系统的相互作用能、压强和体积不等式$E_{\rm int} \leq\, P\,V$成立，其中$E_{\rm int}$、$P$和$V$分别为相互作用能、压强和体积.在相当一般的假设下，利用不同粒子数系统的基态能量的Anderson型联系，证明了这个不等式。我们还考虑了在系统中加入杂质粒子的情况，导出了杂质的化学势和两个杂质的束缚态的结合能的不等式。
2021-07-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Second-law-like inequalities with information and their interpretations
在具有测量和反馈的热力学过程中，热力学第二定律不再有效。取而代之的是各种类似第二定律的不等式，每一个不等式都包含了一个独特的附加项，说明了通过测量收集的信息。我们定量地比较了一些这些信息的措施，使用一个易于分析的模型的反馈冷却的布朗粒子。我们发现，信息措施形成了一个层次结构，揭示了互联网。为了解开它们之间的关系，我们解决了信息的起源，认为每个信息措施代表了最小的热力学成本，通过一个单独的，不同的测量协议，以获得该信息。
2014-09-18 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Efficiency in Dissipative Chemistry
封闭系统中的化学过程很难控制，因为它们总是松弛到平衡状态。生命系统避免了这种命运，并通过在非平衡条件下运行而产生更丰富多样的现象。最近的耗散自组装实验也表明，通过打开反应容器并控制某些浓度，人工合成和能量储存的机会海洋出现了。为了驾驭它，必须为这些开放的化学系统建立能量、功和耗散的热力学概念。在这里，我们这样做的基础上，在非平衡统计物理学的最新理论进展。作为一个核心成果，我们展示了如何量化这些化学操作的效率，并为任何耗散化学过程的性能分析奠定了基础。
2019-02-28 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Open Questions on Nonequilibrium Thermodynamics of Chemical Reaction Networks
化学反应网络（CRN）是典型的复杂系统，因为反应是非线性的，以复杂的方式连接，它们也是理解生命系统的必要条件。在这里，我将讨论非平衡热力学的最新发展如何为CRN处理能量和执行复杂任务提供新的见解，并描述该领域面临的挑战。
2020-07-01 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Chemical Waves
化学波构成了反应扩散系统中出现的一类已知的耗散结构。它们在生物学中起着至关重要的作用，快速传播信息以同步和协调生物事件。我们发展了反应扩散系统的严格热力学理论来描述化学波。我们的主要结果是将局域动力学的本征热力学势定义为非平衡自由能量密度，并建立了它的平衡方程。这使我们能够确定自由能的动力学，耗散，以及维持波传播所花费的功。两个原型类的化学波进行检查。从热力学的角度来看，第一个是由松弛向平衡和第二个由恒化器产生的非保守力。我们分析研究阶梯状波，称为波前，使用费舍尔-Kolmogorov方程作为代表的第一类和振荡波的musselator模型作为代表的第二个。鉴于化学波在生物系统中作为信息载体的基本作用，我们的热力学理论构成了理解生物学中信息传递和处理的重要一步。
2019-04-18 cond-mat.stat-mech nlin.PS physics.chem-ph
Chemical Thermodynamics for Growing Systems
我们考虑增长的开放式化学反应系统（CRS），其中自催化化学反应被封装在一个有限的体积和它的大小可以改变与反应。生长CRS的热力学对于理解生物细胞和通过澄清其生长状态的物理条件和成本来设计原始细胞是不可或缺的。在这项工作中，我们建立了一个热力学理论的增长CRS通过扩展的海森几何结构的非增长CRS。该理论提供了环境条件，以确定不断增长的CRS的命运：增长，萎缩或平衡。我们还确定了热力学约束，一个限制可能的国家的不断增长的CRS和其他进一步限制区域的非平衡稳定增长状态可以存在。此外，我们估计的熵产生率在稳定的增长状态。非平衡态的增长源于热力学的可拓性，它不同于传统的定容非平衡态。这些结果是从一般热力学考虑导出的，而不假设任何特定的热力学势或反应动力学;即，它们仅仅基于热力学第二定律获得。
2022-08-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
A Minimal Thermodynamically Consistent Chemical Oscillator
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Heidelberg University（海德堡大学）；University of Trieste（的里雅斯特大学）；Northwestern University（西北大学）
本文提出一种热力学一致的最小化学振荡器反应网络，结合单/双分子可逆反应等特征，通过范式约化解析分析其霍普夫分岔，实现了此前仅数值模拟可表征的现象的解析描述。
2026-08-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Refined Thermodynamic Uncertainty Relation for Chemical Reactions
本研究推导了以吉布斯自由能和化学势表示的化学反应时间-能量不确定性关系，提出基于浓度和摩尔分数的两种表述，并通过数值验证了其有效性，为非平衡化学反应系统的热力学性质测量与优化提供了新工具。
2024-06-03 cond-mat.stat-mech
Nonlinear Stochastic Dynamics of Complex Systems, III: Noneqilibrium Thermodynamics of Self-Replication Kinetics
我们简要回顾了最近发展的，马尔可夫过程为基础的非线性，驱动介观动力学系统的等温化学热力学。瞬时香农熵{\boldmath $S[p_α(t)]$}和基于概率分布{\boldmath $\{p_α(t)\}$}定义的相对熵{\boldmath $F[p_α(t)]$}都起着重要作用。该理论具有普遍性;作为化学反应体系处于平衡环境的特殊情况，它完全符合吉布斯化学热力学：{\boldmath $k_BS$}和{\boldmath $k_BTF$}分别成为热力学熵和自由能。我们将这一理论应用于一个完全可逆的自催化反应动力学，代表Delbrück-Gillespie过程，在化学平衡的非平衡环境。开放的、受驱动的化学系统是生物化学自我复制的原型。强调了{\em化学一致性}动力学粗化的意义。在一个动力学系统中，生物有机体的死亡被视为其出生的逆转，数学涌现的"耗散"，这是不相关的{\boldmath $k_BT$}测量的热量的意义，仍有待进一步研究。
2016-06-08 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Mesoscopic Kinetic Basis of Macroscopic Chemical Thermodynamics: A Mathematical Theory
从一个数学模型，描述了一个复杂的化学动力学系统的$N$物种和$M$ elementric反应在一个快速搅拌容器的大小$V$作为一个马尔可夫过程，我们表明，一个宏观的化学热力学出现$V\rightarrow\infty$。该理论适用于线性和非线性反应，达到化学平衡的封闭系统，或接近非平衡稳态的开放驱动系统。广义介观自由能产生宏观化学能函数$φ^{ss}(\vx)$，其中$\vx=(x_1,\cdots,x_N)$是$N$化学物质的浓度。宏观化学动力学$\vx(t)$满足两个涌现定律：（1）$(\rd/\rd t)φ^{ss}[\vx(t)]\le 0$，和（2）$(\rd/\rd t)φ^{ss}[\vx(t)]=\text{cmf}(\vx)-σ(\vx)$，其中熵产生率$σ\ge 0$代表化学能的汇，如果系统在持续的非平衡恒化器下被驱动，则化学动力$\text{cmf}\ge 0$是非零的。对于具有详细平衡$\text{cmf}=0$的系统，如果假定质量作用定律，$φ^{ss}(\vx)$正是理想解的吉布斯函数$\sum_{i=1}^N x_i\big[μ_i^o+\ln x_i\big]$。对于一类称为复杂平衡的动力学系统，其中包括许多非线性系统以及许多简单的开放的、受驱动的化学系统，全局极小值在$\vx^*$处的$φ^{ss}(\vx)$具有化学动力学文献中已知的通用形式$\…
2016-01-13 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Optimal thermodynamic uncertainty relation in Markov jump processes
本文研究Markov跳过程中TUR型不等式的紧致性与最优性，证明伪熵产生给出最优Fisher信息，并通过纳入广义经验测度使不等式在一般非平衡定态系统中等号成立，从而揭示其层级结构。
2021-07-09 cond-mat.stat-mech
Comment on "Validity of path thermodynamic description of reactive systems: Microscopic simulations''
作者指出Baras等人关于路径热力学有效性的主张不成立，并证明在大系统极限下路径热力学与标准化学热力学结果一致。
2023-01-12 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamic Concentration Inequalities: Controlling Uncertainty in Finite-Time and Small-Sample Thermodynamic Inference
University of Freiburg（弗赖堡大学）
该研究推导了热力学推断中有限时间、小样本下广义电流偏离概率的非渐近上界，揭示了平衡内外涨落差异，得到逆热力学不确定性关系，构造了小数据下的非渐近置信区间并用于检测细致平衡破缺。
2026-09-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.PR
Mathematical Formalism of Nonequilibrium Thermodynamics for Nonlinear Chemical Reaction Systems with General Rate Law
本文研究了具有$N$组分、$M$反应和一般速率定律的化学反应模型的非平衡热力学数学形式。建立了J. W.吉布斯宏观化学热力学在G. n.路易斯整体平衡动力学定律（非线性化学动力学中的细致平衡）。这样，平衡态热力学就自然地推广到没有细致平衡的非平衡态。动力学模型用马尔可夫跳跃过程表示。主要发现是广义宏观化学自由能函数及其相应的非负源汇平衡方程。证明是基于这种类型的马尔可夫过程的大偏差原理。本文还证明了随机反应动力学的一般涨落耗散定理。数学理论说明了如何在多尺度系统中从介观动力学中产生新的宏观动力学规律。
2016-09-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Stochastic thermodynamics of Langevin systems under time-delayed feedback control: I. Second-law-like inequalities
响应滞后几乎对任何物理系统都是通用的，并且通常在人工纳米器件和生物分子机器中存在的反馈回路中起着至关重要的作用。在本文中，我们进行了一个全面的研究的小随机系统的欠阻尼Langevin方程和驱动的平衡的时间延迟连续反馈控制。在它们的正常操作状态下，这些系统处于非平衡稳态，其中功永久地从周围的热浴中提取。通过使用福克-普朗克表示的动力学，我们推导出一组第二定律的不等式，提供了边界的提取工作的速度。这些不等式涉及表征由于连续测量过程导致的熵产生减少的额外贡献。我们还表明，非马尔可夫性质的动力学需要一个修改的耗散和时间反演对称性破缺之间的基本关系。新的关系包括一个贡献所产生的因果性质的反向过程。这反过来又导致了另一个类似第二定律的不等式。我们说明了一般的形式主义，通过详细的分析和数值研究的谐振子驱动的线性反馈，它描述了实际的实验装置。
2015-03-28 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of large-scale chemical reaction networks
本文利用张量网络方法，高效计算大规模化学反应网络的热力学性质，提供准确的熵产率、热流等参数，揭示了非平衡热力学的计算方法。
2025-12-22 cond-mat.stat-mech
Fluctuation theorems and inequalities generalizing the second law of thermodynamics off equilibrium
我们提出了一个一般的框架，系统准备在一个非平稳的非平衡态在没有任何扰动，然后进一步驱动通过应用程序的依赖于时间的扰动。我们根据非平衡态的制备方式区分两种不同的情况，要么它是由某种驱动产生的，要么它是由某些初始非平稳条件后的弛豫产生的。我们的方法是基于最近推广的Hatano-Sasa关系的非平稳概率分布。我们还研究了第二定律的一种形式是否适用于熵产生的不同部分，类似于M。埃斯波西托等人，物理学评论快报，104：090601（2010），但是用于非平稳参考过程而不是平稳参考过程。我们发现，虽然在这篇文献中导出的定理的特殊结构在一般情况下是不能恢复的，详细的波动定理在这种情况下仍然分别为部分的熵产生。这些详细的涨落定理导致了热力学第二定律偏离平衡的有趣的推广。
2012-06-28 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and statistical mechanics of chemically-powered synthetic nanomotors
没有运动部件的胶体马达可以通过自扩散电泳来推进，将表面化学反应产生的分子浓度梯度耦合到固体Janus颗粒和周围流体溶液之间的速度滑移。该推进机制涉及的界面性质可以用非平衡态热力学和统计力学描述，揭示了微观可逆性在运动与反应耦合中的基础作用。除其他现象外，该方法预测，推进燃料消耗具有燃料合成的机械作用的相互影响。
2018-10-10 cond-mat.stat-mech
Microscopic Models for Chemical Thermodynamics
介绍了一种无限粒子系统动力学，包括随机化学动力学模型、经典Kac模型和自由空间运动。我们研究了两种能量类型（动力学和化学）在不同的时间尺度之间的能量再分配，类似于活细胞中的能量再分配。一个例子被认为是非常详细的，其中该模型提供了化学热力学的主要公式。
2011-12-08 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A Hessian Geometric Structure of Chemical Thermodynamic Systems with Stoichiometric Constraints
建立了描述化学反应网络平衡态的Hessian几何结构。在我们的装置中，不需要理想气体假设和质量作用动力学。利用Hessian结构所固有的Legendre对偶性，导出了平衡态的存在唯一性条件。在弛豫到平衡态的过程中的熵产生可以通过Bregman散度来计算。此外，平衡态的特点是四个不同的最小化问题的分歧，这是从广义勾股定理起源于对偶平坦。对于理想气体的情况下，我们确认，我们的存在性和唯一性条件蕴含的伯奇定理，并表示的熵产生的发散符合广义Kullback-Leibler发散。此外，在质量作用动力学下，我们的一般框架再现了局部细致平衡条件。
2022-08-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Stochastic thermodynamics of chemical reactions coupled to finite reservoirs: A case study for the Brusselator
生物分子过程通常使用化学反应网络耦合到无限大的化学水库建模。这些储层之间的化学势差可以驱动系统进入非平衡稳态（NESS）。实际上，这些过程发生在包含有限数量分子的有限系统中。在这样的系统中，一个NESS可以达到一个外部驱动的泵的帮助下，我们介绍了一个简单的模型。关键参数是泵送速率和化学储层的有限尺寸。我们将此模型应用到一个简单的生化振荡器，振荡器，并量化的性能使用的相干振荡的数量。作为一个令人惊讶的结果，我们发现，更高的精度可以实现与有限大小的水库，即使相应的电流波动大于在理想的无限的情况下。
2020-05-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Information Thermodynamics for Deterministic Chemical Reaction Networks
信息热力学将两个相互作用的子系统之间的互信息变化率与它们的热力学联系起来，当联合系统由满足局部细致平衡的二分随机动力学描述时。在这里，我们扩大范围的信息热力学确定性的二分化学反应网络，即，由两个耦合的子网络共享物种，但没有反应。我们这样做是通过引入一个有意义的概念，不同的分子特征之间的相互信息，我们表示在确定性的浓度。这使我们能够为每个子网络制定单独的第二定律，这说明了它们的能量和信息交换，完全类似于随机系统。然后，我们使用我们的框架来研究化学驱动的自组装模型和实验性的光驱动双分子马达的工作机制。我们表明，这两个系统是由两个耦合的化学反应子网络。一个子网络由外部水库（恒化器或光源）维持不平衡，并通过能量和信息流为另一个提供动力。在这样做时，我们澄清，信息流正是热力学对应的信息棘轮机制，只有当没有能量流参与。
2022-08-04 cond-mat.stat-mech
Semi-infinite jellium: thermodynamic potential, chemical potential, surface energy
得到了半无限凝胶模型热力学势的一般表达式。利用该表达式计算了无限势垒模型的表面能。研究了表面能和化学势随Wigner-Seitz半径的变化规律以及电子间库仑相互作用对计算值的影响。结果表明，考虑到电子之间的库仑相互作用导致的表面能的增长。表面能在Wigner-Seitz半径的整个区域内都是正的。结果表明，考虑电子之间的库仑相互作用导致化学势的降低。
2015-01-09 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic correlation inequalities for finite times and transients
本文将 Langevin 动力学中关联时间的热力学界从长时稳态推广到有限观测与一般初始条件，并借助随机微积分和谱论分析时间尺度联系、界的饱和及复值观测量。
2025-05-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Emergent nonreciprocity in open thermodynamically-consistent chemical reaction networks
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究揭示开放热力学一致化学反应网络在非平衡稳态附近产生振荡不稳定性，通过化学稳流打破Onsager reciprocity，同时保持局部平衡假设下的耗散动力学变分结构。
2026-04-20 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics and entropy production of chemical reaction systems
本文研究了由几种化学物种分子间的化学反应组成的系统的非平衡定态。为此，我们引入和发展的化学反应系统的非平衡态热力学的随机配方的基础上定义的空间上的微观化学状态的主方程，并在适当的定义熵和熵的生产，该系统是在与热源接触，并放置在平衡与粒子水库的接触。在我们的方法中，各种类型的通量，如热通量和粒子通量，在表征非平衡化学状态中起着基本的作用。我们证明了定态非平衡态的熵产生率在反应的亲合势和反应通量中是一个双线性形式，它们分别用速率常数和跃迁速率表示。我们还展示了如何在微观状态方面的描述可以减少到一个描述中的每个物种的粒子的数量，从下面的化学主方程。作为一个例子，我们计算的熵产生率的第一和第二Schlögl反应模型。
2018-05-29 cond-mat.stat-mech
Quantum Thermodynamic Uncertainty Relations, Generalized Current Fluctuations and Nonequilibrium Fluctuation-Dissipation Inequalities
热力学不确定性关系（TURs）是我们工具箱中用于处理非平衡系统热力学的少数基础广泛的基本关系之一。TUR的一种形式量化了在确定非平衡电流时达到一定精度的最小能量成本。在我们的研究计划的这个初始阶段，我们的目标是使用线性开放量子系统的微观物理模型提供TURs的量子理论基础，在那里可以获得精确的解决方案。在论文[Dong \textit{et al.}，Entropy { \bf 24}，870（2022）]中，我们证明了在完全非平衡条件下，TURs如何植根于量子不确定原理和涨落耗散不等式（FDI）。在本文中，我们将注意力从量子基础转移到热表现。使用微观模型的浴的光谱密度在量子布朗运动的研究，我们制定了一个“热”FDI的量子非平衡动力学，这是有效的在高温下。这使得我们在这里得到的量子TURs的经典域，因此可以与一些流行形式的TURs。在热能为主的制度，我们的FDIs提供了更好的估计热力学量的不确定性。我们的治疗包括从环境到系统的完全反作用。作为广义电流的一个具体例子，我们研究了进入布朗粒子的能流或功率，并找到了相应的电流-电流关联的精确表达式。在这样做，我们表明，统计性质的浴和因果关系的系统+浴相互作用都进入TURs服从的热力学量。
2022-07-25 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Entropy Production in Mesoscopic Stochastic Thermodynamics: Nonequilibrium Kinetic Cycles Driven by Chemical Potentials, Temperatures, and Mechanical Forces
非平衡态热力学（英语：Nonequilibrium thermodynamics，NET）研究系统在整体平衡之外的过程。在介观水平上，它提供了各种复杂现象的统计动态描述，如化学反应，离子传输，扩散，热化学，热机械和机械化学通量。在本综述中，我们介绍了一个介观随机制定NET通过分析熵产生在几个简单的例子。强调了非平衡稳态循环动力学的基础作用。在这种情况下，昂萨格的互惠关系的统计力学阐明。化学机械，热机械和酶催化的热化学能量转换过程进行了讨论。有人认为，介观随机NET提供了一个严格的数学基础的基本概念，需要理解复杂的过程中的化学，物理和生物学，这也是相关的纳米技术的进步。
2016-01-15 cond-mat.stat-mech
Irreversible thermodynamics of open chemical networks I: Emergent cycles and broken conservation laws
在这篇文章和一个配套文件中，我们概述了一个一般框架的热力学描述开放的化学反应网络，特别是关于代谢网络调节细胞生理和生化功能。我们首先介绍封闭网络“在一个盒子”，其热力学受到严格的物理约束：质量作用定律，过程的基本性，和细致平衡。我们进一步离题的溶剂的作用和网络独立性的自由能景观似乎未被承认的财产。然后，我们通过假设某些底物物质（恒化器）的浓度是固定的来打开系统，无论是因为通过与水库接触而被环境迅速调节，还是因为在时间窗口中几乎恒定。结果，系统被驱离平衡。内部物种网络中包含丰富的代数和拓扑结构：涌现的不可逆循环与非零亲和力相关，其对称性由守恒定律的破坏决定。这些中心的结果恢复之间的关系$a + b = s^Y$的基本亲和力$a$，打破守恒律$b$和恒化器的数量$s^Y$。我们分解的基本通量和亲和力在Schnakenberg的网络热力学理论的精神，为即将到来的治疗的线性制度，效率和紧耦合，自由能转导和热力学约束网络重建的稳态熵产生率。
2014-10-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.MN
Nonequilibrium thermodynamics of light-induced reactions
目前开放式化学反应网络的非平衡态热力学公式仅将恒化器视为维持非平衡态行为的自由能源。在这里，我们扩展理论，包括非相干光作为自由能的来源。我们这样做是依赖于一个局部平衡假设，以获得光子相对于它们相互作用的系统的化学势。这使我们能够确定热力学势和热力学力驱动光反应化学系统的平衡。我们使用这个框架来处理两个范式的光化学机制描述光诱导的单分子反应-即绝热和非绝热机制-并突出不同的热力学，它们导致。此外，使用热力学粗粒化程序，我们表达我们的研究结果在通常测量的实验量，如量子产率。
2021-06-22 cond-mat.stat-mech
Wasserstein distance in speed limit inequalities for Markov jump processes
本文从统一不等式、最紧界不可得原因及L¹与L²情形对比三方面，阐明Wasserstein距离在Markov跳跃过程热力学速度限制不等式中的作用。
2023-10-19 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
Thermodynamic and Logical Reversibilities Revisited
我们回顾和研究计算热力学的一般理论，并推导出基本的不等式，在计算过程中的工作要求和热辐射的下限。这些不等式构成了广义Landauer原理，其中的信息量包含在热力学第二定律中。我们详细讨论了热力学和逻辑可逆性之间的关系;前者与包括热浴的整个系统中的熵产生有关，而后者仅与存储器的逻辑状态中的熵变化有关。特别是，我们澄清，任何逻辑上不可逆的计算可以在准静态极限，这并不矛盾的常规Landauer原则的一个philically可逆的方式进行。我们的论点将作为计算热力学的现代统计物理的理论基础。
2014-01-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exponentially Tilted Thermodynamic Maps (expTM): Predicting Phase Transitions Across Temperature, Pressure, and Chemical Potential
针对远离相界的有限热力学观测难以支撑相变研究的问题，提出基于统计物理与生成式AI的expTM框架，通过指数倾斜高斯先验关联热力学变量，仅用少量数据即可实现多条件下的相变预测与相态生成。
2025-03-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
It's about time: a thermodynamic information criterion (TIC)
本文提出受 AIC 启发的热力学信息准则 TIC，用于比较不同化学过程达到同一目标稳态时在时间与能量上的估计损失，并将统计目标优化引入化学物理。
2025-07-28 cond-mat.stat-mech
The Geometry of Thermodynamic Uncertainty Relations in Chemical Reaction Networks
本文利用黑塞几何框架推导化学反应网络的多变量热力学不确定性关系，揭示其矩阵的黎曼度量张量本质，并刻画了使不等式成为等式的流通量条件。
2023-08-09 cond-mat.stat-mech
Energy and entropy on irreversible chemical reaction-diffusion systems with asymptotic stability
在不可逆热力学的框架下，我们研究自治系统的反应扩散方程，以显示如何熵和自由能的开放和不可逆反应器依赖于浓度。要做到这一点，我们找到一个李雅普诺夫函数，直接依赖于线性和渐近稳定系统的线性化问题的有效的特征值和特征向量。通过建议这个李雅普诺夫函数作为内部自由能的作用，我们能够直接将动力学系统的性质反映到热力学第二定律中，从而重新定义化学势。我们证明了我们的假设与基本热力学原理的一致性，如Onsager提出的流量和力之间的比例关系，熵产生的谱分解和热力学系统的Glansdorff-Prigogine演化准则。
2021-11-23 cond-mat.stat-mech
Holographic Thermodynamics Requires a Chemical Potential for Color
从广义量对色数$N$的依赖性出发，导出了大$N$规范理论高能态的热力学欧拉方程.这个欧拉方程将状态的能量与温度、熵、自由度及其化学势联系起来，但与体积或压力无关。在规范/引力对偶的背景下，我们表明，欧拉方程是对偶的广义Smarr公式的黑洞在存在一个负的宇宙学常数。我们还匹配的热力学基本变分方程的黑洞力学第一定律，当扩展到包括变化的宇宙学常数和牛顿常数。
2022-05-19 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Thermodynamics of Growth in Open Chemical Reaction Networks
本文研究开放CRN无限生长的热力学条件与效率，揭示输入方式及网络拓扑如何决定平衡或非平衡线性生长。
2023-10-12 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
