非平衡有序的物理基础

Prigogine等认为,远离热平衡时可能产生有序结构。本文从微观物理的角度,试说明产生非平衡结构的机制,及为何要输入正能量及负熵以维持非平衡有序。考虑一个系统,由N个相互作用微弱的粒子组成(粒子,也可认为是大分子中各类似组元)。令ε_i为i能级的能量,n_i为在i能级上的粒子数,而由j跃迁至i级放出的相干光子(设为单模)数目为n_(ji)。则我们定义系统处于非平衡定态时的能量及熵各为     

涨落和中药应用

涨落是热力学中耗散结构重要因素 .一个物理、化学系统可以有千千万万个小分子合成 .因此 ,人们不大可能控制微观粒子精确运动过程 ,而这种或多或少的偏离态叫做涨落 .涨落现象是必然的、杂乱无章的、随机的 .涨落在正常情况下 ,不会对宏观产生影响 .因此 ,常常被忽略 ,但在临界点附近也可能出现巨大的涨落 ,可能不会被耗散 ,甚至被放大 ,而导致系统发生宏观改变 .这一现象的出现不由想到 :人体内的生态环境与涨落究竟是什么关系 ?用中药的时间、剂量对人体的差异、守方、换方的依据是什么 ?为什么癌症切除后会复发或者被根治 ?本文试图从涨落因素中找到中药应用的效果 .     

快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型

一、引言 依据化学反应速率理论和细仔平衡原理,Aziz建立了在远离平衡的快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.该结果被一些新近出版的有关快速凝固的专著和文献广为引用.但是H.哈肯的研究指出,在远离平衡的条件下细仔平衡条件不再满足.本文根据文献[4]的结果推广了Aziz模型,建立了快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.     

双光子相干态的两种定义的非等价性

一、引言 辐射场的压缩态是辐射场的一类非经典特性的反映。在这种态中,辐射场的某一分量的涨落可以小于被称之为“量子极限”的真空涨落。利用具有极小涨落的辐射场,人们可以进行极其精密的测量。这对于精密计量、光通讯以及引力波的探测等都具有重要的实际意义。因此,自从Stoler提出辐射场的压缩态概念以来,这一领域一直是量子光学主要研究对象之     

地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

定态迁移方程的Neumann级数解

本文肯定地答复了Nelson在第四次国际迁移理论会议上提出的一个问题(Trans.Theory Statist.Phys.,4(1975),3:Problem 13)。此外,还给出了定态和非定态迁移之间的某些内在联系。 非均匀介质中具连续能量各向异性的定态线性     

随机增益介质中准态模的激发与随机激光的形成机制

随机激光是随机增益介质中的受激辐射现象, 其形成机制是理论和实验中感兴趣的问题. 通过复折射率的虚部将光学增益引入介质中, 采用时域有限差分法研究了非增益随机介质中准态模的频谱和空间分布特性, 以及增益介质中准态模的放大特性, 并用随机激光的准态模理论解释了随机激光的形成机制. 模拟结果显示, 非增益随机介质中的准态模相当于传统激光腔的腔模, 在增益介质中能被放大. 当增益大于阈值时, 一些准态模在增益介质中被放大, 形成随机激光.     

从宏观非平衡热力学到随机热力学

本文评述了宏观非平衡热力学的成就及面临的问题,强调了研究非平衡涨落的重要性。同时介绍了马尔可夫过程理论渗入热力学,把涨落纳入热力学理论框架企图的产生,从而导致了随机热力学建立,这一值得注意的非平衡热力学发展新动向。     

微观核裂变动力学研究进展

原子核裂变是一个复杂的非平衡非绝热的大幅度量子多体动力学过程.近年来,随着计算能力的发展,微观裂变动力学取得了很大的进展.本文介绍了非绝热的时间相关的密度泛函理论和绝热的时间相关的生成坐标法等微观裂变动力学模型.裂变位能面的并行约束计算和能量相关性对绝热裂变模型很重要.最近,我们扩展了有限温度加动力学涨落的时间相关的密度泛函理论.基于时间相关的密度泛函理论,对裂变过程中的对关联效应、涨落效应、耗散效应、非绝热效应、能量相关性、碎片之间的纠缠等核裂变机制获得了新的认识.此外,微观裂变研究对理解天体过程中的r-process也很重要.我们期待发展出更综合更精确的核裂变理论支撑核裂变的应用创新.     

运离平衡现象研究的现状

“在非平衡、非线性的现象下面隐藏着物理的概念和规律,我们要去发现它,研究它。这个领域的研究目前还处在一个初始的阶段。”这是日本著名理论物理学家久保亮五(R. Kubo)对于远离平衡现象研究现状所作的一个估计远离平衡现象特别是非平衡相     

铁基超导体BaFe_(2-x)Ni_xAs_2中磁性相互作用的中子散射

铁基超导电性起源于对母体中长程反铁磁序的压制,理解其超导微观机理的关键在于清楚认识磁性相互作用的演化规律,及其与超导电性的具体关系.本文以典型的电子型掺杂铁基超导体系BaFe_(2-x)Ni_xAs_2为对象,介绍了中子散射实验针对其电子态相图、磁有序态、低能磁激发和高能自旋涨落谱等磁性物理的相关研究,着重总结它们随掺杂的系统而演变的规律,同时介绍了在自旋向列相中的最新研究进展.最后,基于这些结果,提出了磁性相互作用驱动的非常规铁基超导电性的可能物理图像.     

化学混沌的随机模拟研究

化学反应的完整描述包含反应物质分子数的平均值和围绕平均值的涨落两部分.在通常情况下,分子数的平均值或浓度由宏观速率方程描述,而涨落则因为很小而被忽略.然而当体系接近不稳定分支点时,涨落将变得反常地大,涨落和平均值可达到相同的量级,中心极限定理和大数定理失效.在这种情况下,宏观决定性方法失效,必须采用微观或介观方法描述.化学混沌作为一种新的化学不稳定性,其内部分子涨落如何?宏观方程是否还能真实地描述微观反应过程呢?本文用Monte Carlo随机模拟方法对Willamowski-Rossler化学混沌这一具体模型进行了数值     

马链的细致平衡(可逆性)与环流分解

在统计物理中,所谓热力学平衡是通过细致平衡达到的,而细致平衡反映到马氏过程中就是可逆性条件。在文献[1—3]中研究了可逆的马氏过程。近年来Prigogirne、Hakcn等人提出了远离平衡而表现为定常状态的耗散结构,引起了广泛的重视。耗散结构在马氏过程中的反应是什么呢?本文从讨论平稳(物理上所谓定常状态)马链的结构出发,对不可逆(非细致     

耗散结构与地球物质系统

耗散结构理论是一种关于非平衡系统的自组织理论,它是由比利时自由大学普里高津教授在长期研究非平衡态热力学和统计物理学的基础上,于一九六九年提出的。普里高津指出,一个系统要形成耗散结构至少需要四个必要条件。第一,系统必须是一个开放系统;第二,系统必须远离平衡态;第三,系统内部各个要素之间存在着非线性相互作用;第四,涨落导致有序。地球物质系统满足这四个必要条件,因此它是一个耗散结构系统。下面拟从这四个方面来阐述地球物质系统是一耗散结构系统的论题。     

产生单模压缩态的Hamilton算符一般形式

压缩态光场为典型的非经典光场,在极微弱信号的探测和量子非破坏性(QND)测量等方面有重大应用。采用许多非线性光学过程已经在实验上产生压缩态。最近人们又在理论上研究变质量或变频率谐振子产生正交位相压缩态的可能性,并在各种近似下求解这类谐振子的问题。本文将给出产生单模压缩相干态的Hamilton算符一般形式,将其动力学转化为一组耦合方程,并在共振条件下求出方程的解析解,而远离共振时则不能获得可观压缩。因此此结果较一般性地解决了单模压缩态产生的问题。     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

度规的量子涨落对宇宙演化的影响

修改引力最一般的方法,是考虑用里奇标量的一般函数代替爱因斯坦-海森伯作用量,也即f(R)理论.本文即根据海森伯的度规非微扰量子化方法,提出了一种新的修改引力理论,即把度规算符分解为经典部分和量子涨落部分,得到修改引力的场方程和守恒方程.应用到Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker时空,得到修改的弗雷德曼方程.由于度规的量子涨落,在一定条件下,可以实现反弹宇宙;或者在暗能量主导的时期,宇宙的膨胀速度也可能减慢,并根据物理条件,对相关参数进行了必要的限制.我们不仅分析了度规的量子涨落对辐射和尘埃演化时期的影响,而且还给出了量子涨落对暴涨参数——如慢滚参数、光谱指数和原初曲率扰动谱的修正.     

Sagnac干涉仪中差分相位调制的单光子干涉

介绍一种稳定的长距离单光子干涉仪，即光纤Sagnac单光子环形干涉仪，其平衡结构有效地补偿了由于光纤长度随时间缓变带来的相位涨落和光纤本身形状随时间缓变引起的偏振态涨落．在Sagnac环形干涉仪中通过分时相位调制实现了1550nm波长27km单光子干涉，对比度大于90％．进一步的讨论表明该单光子干涉仪可用于长距离稳定的单光子路由和量子保密通信．     

复杂系统的热力学理论

现有的热力学理论在处理远离平衡的开放复杂系统方面遇到了前所未有的困难。本提出一个新的热力学原理：“一个远离平衡的开放复杂系统总是在寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下获得最大广义流J”的新热力学原理，在此基础上发展了开放系统的统计理论。分析了非平衡相变。阐述了复杂系统中由自然选择而导致的进化。最后从物理和数学上导出了耗散结构的形态即复杂系统的分形结构。试图为解决30年来分形机理的疑难和困惑提供借鉴。     

非平衡定态下吸附过程的热力学分析

从非平衡热力学理论出发,指出了有温差存在的非平衡吸附定态存在的可能性和所处的状态,分析得到了非平衡定态下体相和吸附相间的化学势差,并求出了相应的吸附熵和等量吸附热.计算了定态下吸附熵和等量吸附热相对平衡态的改变量,并与用平衡热力学计算得到的结果进行了比较.结果表明用非平衡热力学计算得到的吸附熵和等量吸附热的改变量不仅与温差还与吸附状态有关,而平衡热力学的结果只是温差的函数,与吸附状态无关.主要原因是把吸附和气体温度变化看作一个整体,考虑了两者间的影响,而平衡热力学方法则把定态吸附过程看作两个不相干的过程,未考虑两者间的影响.