統計力学による熱平衡化過程の理論的解明

使用统计力学对热平衡过程的理论阐明

• 批准号: 19K14615
• 负责人: 白石 直人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Tokyo (2022)Gakushuin University (2019-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K14615/
• 关键词: 非平衡統計力学; ゆらぐ系の熱力学; 揺動応答関係; 量子熱力学; リソース理論; 小さい系の熱力学; 熱力学的不確定性関係; 孤立量子系の熱化; 決定不能性; 量子速度限界; 緩和過程; 可積分系; 情報統計力学; エントロピー生成; 第二法則; レプリカ対称性の破れ

本年は、ゆらぐ系の熱力学の観点からの研究およびその成果をまとめることに注力した。特に、カレントのゆらぎと応答について理解を深めるような研究を推進した。揺動応答関係はカレントのゆらぎと応答を結び付ける関係式として古くから知られている。カレントは時間反転反対称な量であるが、私は時間反転対称なカレント的な量を導入し、それがカレントの場合と同様な揺動応答関係を満たすことを発見した。時間反転対称な量は非平衡定常状態の物理において重要だと期待されている量である。今回導入された時間反転対称なカレントは、現時点ではその意味が完全に明らかにされているわけではないが、揺動応答関係を満たすという事実はその物理的な妥当性を支持する関係式である。私はさらに、この時間反転対称なカレントが、平衡状態近傍のみならず、非平衡定常状態近傍でも揺動応答関係を満たすことを示すことに成功した。非平衡定常状態において普遍的に成り立つ関係式の模索は、この分野において熱心に行われているが、物理的に明快な形の関係式はほとんど得られていない。今回の結果は、時間反転対称なカレントがその正当性を認められるならば、物理的な意義が明確な非平衡定常状態周りの普遍的な関係式となり、意義は大きいと考えている。また、ゆらぐ系の熱力学に関する研究は今年度以前にも多数の成果を出しているが、それらを含めたゆらぐ系の熱力学の教科書を執筆した。今年度時点で原稿は出版社に入稿し、その教科書は2023年5月に出版された。

今年我们重点从脉动系统热力学的角度进行研究并总结成果。他特别推动了研究，以加深对当前波动和反应的理解。振荡响应关系作为连接电流波动和响应的关系式早已为人所知。电流是一个时间反演反对称量，但我引入了一个时间反演对称类电流量，发现它满足与当前情况相同的涨落响应关系。具有时间反转对称性的量预计在非平衡稳态物理学中很重要。虽然目前引入的时间反转对称电流的含义尚不完全清楚，但其满足振荡响应关系这一事实是支持其物理有效性的关系式。我进一步成功地证明了这种时间反转对称电流不仅在平衡态附近而且在非平衡稳态附近都满足振荡响应关系。该领域一直在积极寻找非平衡稳态下普遍有效的关系表达式，但很难获得物理上清晰的关系表达式。如果时间反演对称电流的有效性能够被接受，这个结果将成为围绕非平衡稳态的普遍关系表达式，具有明确的物理意义，我们相信这将具有重要意义。另外，脉动系统热力学的研究在今年之前已经有了很多成果，我写了一本脉动系统热力学的教科书，其中就包含了这些成果。截至今年，手稿已提交给出版商，教材将于2023年5月出版。

项目成果

Quantum Thermodynamics of Correlated-Catalytic State Conversion at Small Scale

小规模相关催化状态转换的量子热力学

• DOI: 10.1103/physrevlett.126.150502
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 8.6
• 作者: Shiraishi Naoto;Sagawa Takahiro
• 通讯作者: Sagawa Takahiro

Proof of the absence of local conserved quantities in the XYZ chain with a magnetic field

用磁场证明 XYZ 链中不存在局部守恒量

• DOI: 10.1209/0295-5075/128/17002
• 发表时间: 2019
• 作者: Shiraishi Naoto

非平衡定常状態における揺動応答関係

非平衡稳态下的振动响应关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石直人

Naoto Shiraishi's webpage

白石直人的网页

Fluctuation-response relation of time-symmetric quantities around general nonequilibrium stationary state

一般非平衡稳态周围时间对称量的涨落响应关系

• DOI: 10.1088/1742-5468/acbe9a
• 发表时间: 2022-11-21
• 期刊: Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment
• 作者: Naoto Shiraishi