凝聚态物理 > 统计力学
[提交于 2024年11月27日
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标题: 热系统中自组织现象的信息理论
标题: The Information Theory of Self-Organization Phenomena in Thermal Systems
摘要: 本文从信息论的角度重新审视布朗运动,旨在探索信息论、热力学和复杂科学之间的联系。 首先,我们提出一个单粒子离散布朗运动模型(SPBM)。在最大熵原理和贝叶斯推断的框架下,我们证明了先验信息与约束条件的等价性,揭示了局部随机性与全局概率分布之间的关系。 通过分析粒子运动,我们发现局部约束和随机性可以导致全局概率分布,从而反映了信息传递过程中局部与全局动力学之间的相互作用。 接下来,我们将研究扩展到多粒子系统,引入“能量作为编码”和“信息温度”的概念,阐明能量分布如何决定信息结构。 我们探讨了能量不仅作为物理系统中的基本物理量,而且本质上是一种信息量,直接决定了系统状态的先验概率分布,从而作为一种信息编码形式。 基于此,我们引入“平衡流”的概念,以解释在能量约束和负信息温度下系统的自组织行为。 通过证明关于平衡流系统的三个定理,我们揭示了自组织的关键性、能量-信息转换效率以及事件发生概率遵循费米-狄拉克分布的特性。 通过理论分析和定理证明,我们为理解复杂系统的动力学提供了新的视角,丰富了信息论、热力学和复杂科学的理论框架,并为相关领域的进一步研究提供了新的理论基础。
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