Information flow and irreversibility in self-organised active matter

自组织活性物质中的信息流和不可逆性

基本信息

  • 批准号:
    EP/X031926/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.26万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

A lot of recent research is devoted to unravel the stochastic thermodynamics of active matter; specifically quantifying the time- reversal symmetry breaking of active dynamics by the fluctuating entropy production, and connecting the entropy production to energetic quantities, like the heat dissipation and energetic cost of the 'activity'. For individual active particles, first studies have demonstrated that time-irreversibility and energetics can be linked with each other by using information-theoretical measures. But so far this perspective has not been applied to collective active systems. With this proposal we aim to put forward the information- thermodynamics of collective active matter. To this end, we analyse in two generic models (a particle-based and an active field model) what kind of information flows occur, which spatial direction they have, and how they reflect the self-organised collective states as well as phase transitions between order and disorder. We further aim to connect the information flow with energetic and thermodynamic measures, specifically the local entropy production, by employing and extending the framework of information- thermodynamics that was previously developed to describe the physics of systems subject to feedback control. In particular, we aim at establishing generalised second laws with continuous information flow for the local entropy production of active matter. By combining concepts from stochastic thermodynamics, information theory, control theory, active matter, and phase transitions, this proposal targets in an innovative way open research questions concerning the stochastic thermodynamics of active matter, as well as active self-organization, e.g., swarm formation. It may further pave the way for a novel type of model-independent investigation of collective dynamics. The results will thus also be of importance for collective nonequilibrium systems in other fields, such as biophysics and computer science.
许多最近的研究致力于揭示活性物质的随机热力学。专门量化了通过波动的熵产生的时间逆转对称性破坏活动动力学的破坏,并将熵产生连接到能量量,例如“活动”的热量消耗和能量成本。对于单个活性粒子,第一研究表明,可以通过使用信息理论措施将时间 - 反射性和能量学相互联系。但是到目前为止,这种观点尚未应用于集体活动系统。通过此建议,我们旨在提出集体活动物质的热力学信息。为此,我们分析了两个通用模型(一个基于粒子的和一个活跃的场模型)发生了什么样的信息流,它们具有哪种空间方向,以及它们如何反映自组织的集体状态以及秩序和混乱之间的相变。我们进一步旨在通过采用和扩展信息热力学的框架来将信息流与精力充沛和热力学测量,特别是本地熵产生联系起来,这些信息热力学的框架以前开发出来描述了经受反馈控制的系统物理学。特别是,我们旨在建立具有连续信息流以局部熵产生活性物质的广义第二定律。通过结合随机热力学,信息理论,控制理论,主动物质和相变的概念,该提案以一种创新的方式开放研究问题,涉及主动物质的随机热力学以及主动自我组织,例如,群体形成。它可能为集体动力学的新型模型研究铺平道路。因此,对于其他领域(例如生物物理学和计算机科学)的集体非平衡系统,结果也将非常重要。

项目成果

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