Non-equilibrium statistische Mechanik komplexer Systeme
Non-equilibrium statistical mechanics of complex systems
Wissenschaftsdisziplinen
Informatik (10%); Mathematik (25%); Physik, Astronomie (65%)
Keywords
-
Complex Non-Extensive Systems,
Generalized Entropy,
Scaling,
Stochsatic Thermodynamics,
Non-Equilibrium,
Emergent Structures
Viele komplexe Systeme sind stochastische Systeme, die mit Methoden der statistischen Physik beschrieben werden können, wenn die Methoden die komplexe Struktur dieser Systeme berücksichtigen. Eine Schwierigkeit bei komplexen Systemen besteht darin, dass sie mit zunehmender Größe (Anzahl der Freiheitsgrade) oft ein nicht exponentielles Wachstum des Phasenraumvolumens zeigen. Sie wird entweder durch das Vorhandensein von inhärenten Korrelationen im System verursacht, die z. B. durch die weitreichenden Wechselwirkungen (wie bei der Quantenverschränkung oder gravitierenden Objekten) verursacht werden, oder durch das Auftauchen von Strukturen höherer Ordnung, die mit zunehmender Größe des Systems auftreten. Dies führt zu einer Reihe von manchmal unerwarteten thermodynamischen Eigenschaften komplexer Systeme. Während subexponentielle, d. h. korrelierte, Systeme in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht wurden, fanden superexponentielle Systeme bislang keine Beachtung. Dazu gehören wichtige stochastische Systeme, die Strukturen bilden können. Beispiele für diese Systeme finden sich in der Chemie (Atome bilden Moleküle), in der Biologie und Biochemie (Mizellen und Polymere), in der weichen Materie (Selbstassemblierung) oder sogar in sozialen Systemen (Entstehung sozialer Gruppen). Bisher gibt es nur begrenzte Kenntnisse zum Verständnis ihrer statistischen und thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere zur adäquaten Beschreibung ihrer Nichtgleichgewichtszustände, die in kleinen Systemen eine wichtige Rolle spielen. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Etablierung eines systematischen Klassifikationsschemas derartiger komplexer Systeme mit Fokus auf deren statistischen Eigenschaften außerhalb des Gleichgewichts. Darüber hinaus wollen wir zu einem konsistenten thermodynamischen Rahmen für solche Systeme beitragen. Schließlich wollen wir die theoretischen Ergebnisse mit realen Beispielen wie kleinen chemischen Reaktionsnetzwerken vergleichen. Dazu werden wir unsere analytischen Ansätze durch Computersimulationen ergänzen.
- Christian Kühn, Technische Universität München - Deutschland
- David Wolpert, Santa Fe Institute - Vereinigte Staaten von Amerika
Research Output
- 16 Zitationen
- 11 Publikationen
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2022
Titel Geometric Structures Induced by Deformations of the Legendre Transform DOI 10.48550/arxiv.2203.13673 Typ Preprint Autor Morales P -
2023
Titel Homophily-Based Social Group Formation in a Spin Glass Self-Assembly Framework DOI 10.1103/physrevlett.130.057401 Typ Journal Article Autor Korbel J Journal Physical Review Letters Seiten 057401 Link Publikation -
2023
Titel Thermodynamics of exponential Kolmogorov–Nagumo averages DOI 10.1088/1367-2630/ace4eb Typ Journal Article Autor Morales P Journal New Journal of Physics Seiten 073011 Link Publikation -
2023
Titel Thermodynamics of exponential Kolmogorov-Nagumo averages DOI 10.48550/arxiv.2302.06959 Typ Preprint Autor Morales P -
2023
Titel Geometric Structures Induced by Deformations of the Legendre Transform DOI 10.3390/e25040678 Typ Journal Article Autor Morales P Journal Entropy Seiten 678 Link Publikation -
2023
Titel Equivalence of information production and generalised entropies in complex processes DOI 10.1371/journal.pone.0290695 Typ Journal Article Autor Hanel R Journal PLOS ONE Link Publikation -
2022
Titel Equivalence of information production and generalized entropies in complex processes DOI 10.48550/arxiv.2208.06201 Typ Preprint Autor Hanel R -
2022
Titel Nonequilibrium thermodynamics of uncertain stochastic processes DOI 10.48550/arxiv.2210.05249 Typ Preprint Autor Korbel J -
2024
Titel Diversity and ecotones in a model ecosystems of sessile species DOI 10.1103/physreve.109.024309 Typ Journal Article Autor Hofer M Journal Physical Review E Seiten 024309 -
2024
Titel Nonequilibrium thermodynamics of uncertain stochastic processes DOI 10.1103/physrevresearch.6.013021 Typ Journal Article Autor Korbel J Journal Physical Review Research Seiten 013021 Link Publikation -
2022
Titel Homophily-based social group formation in a spin-glass self-assembly framework DOI 10.48550/arxiv.2211.12210 Typ Preprint Autor Korbel J