Doğrusal olmayan enerji tüketen fenomenler için yeni bir teori

Doğrusal olmayan enerji tüketen fenomenler için yeni bir teori

S tarafından indüklenen bir X doğrusal koordinat sistemi. Mavi düzlem, PX(η) stokiyometrik alt uzayını temsil eder. (b) PX(η)’ın Legendre dönüşümü ∂φ ile Y’ye eşlenmesiyle elde edilen stokiyometrik manifold VY(η) (mavi eğri yüzey). Kredi: Fiziksel İnceleme Araştırması (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033066″ width=”800″ height=”446″/>

(a) Doğrusal bir koordinat sistemi X stokiyometrik matris tarafından indüklenen S. Mavi düzlem, stokiyometrik alt uzay P’yi temsil eder.X(η). (b) Stokiyometrik manifold VY(η) (mavi eğri yüzey) P’nin eşlenmesiyle elde edilirX(η) Legendre dönüşümü ∂φ ile Y’ye dönüştürülür. Kredi: Fiziksel İnceleme Araştırması (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033066

Enerjiyi kaybetmek nadiren iyi bir şeydir, ancak şimdi Japonya’daki araştırmacılar, termodinamiğin uygulanabilirliğini dengede olmayan sistemlere nasıl genişleteceklerini gösterdiler. Enerji yayılım ilişkilerini geometrik bir şekilde kodlayarak, fiziksel kısıtlamaları genelleştirilmiş bir geometrik uzayda oluşturabildiler. Bu çalışma, canlı organizmaların metabolizmasının ve büyümesinin altında yatanlar da dahil olmak üzere, kimyasal reaksiyon ağları konusundaki anlayışımızı önemli ölçüde geliştirebilir.

Termodinamik, varlıklar arasında enerjinin aktarıldığı süreçlerle ilgilenen fizik dalıdır. Bazı kimyasal reaksiyonların veya birbirine bağlı reaksiyon ağlarının kendiliğinden ilerleyip ilerlemeyeceğini belirlerken onun tahminleri hem kimya hem de biyoloji için çok önemlidir. Bununla birlikte, termodinamik, makroskopik sistemlerin genel bir tanımını oluşturmaya çalışırken, genellikle denge dışı sistem üzerinde çalışırken zorluklarla karşılaşırız. Çerçeveyi dengesiz durumlara genişletmeye yönelik başarılı girişimler, genellikle yalnızca belirli sistemler ve modellerle sınırlandırılmıştır.

Yakın zamanda yayınlanan iki çalışmada Fiziksel İnceleme AraştırmasıTokyo Üniversitesi Endüstri Bilimleri Enstitüsü’nden araştırmacılar, karmaşık doğrusal olmayan kimyasal reaksiyon süreçlerinin, problemi geometrik bir ikili temsile dönüştürerek tanımlanabileceğini gösterdi. İlk yazar Tetsuya J. Kobayashi, “Yapımızla, ikinci dereceden dağılım fonksiyonlarına sahip dengesiz sistemler teorilerini kimyasal reaksiyon ağlarını incelemek için önemli olan daha genel durumlara genişletebiliriz” diyor.

Fizikte dualite merkezi bir kavramdır. Bazı fiziksel varlıkların farklı, ancak matematiksel olarak eşdeğer bir temsile dönüştürüldüğünde yorumlanması daha kolaydır. Örnek olarak, zaman uzayındaki bir dalga, ikili formu olan frekans uzayındaki temsiline dönüştürülebilir. Kimyasal süreçlerle uğraşırken, termodinamik kuvvet ve akı, doğrusal olarak ilişkili olmayan ikili temsillerdir – ürünleri, ikiliğin neden olduğu geometrik bir uzayda enerjinin dağılma hızına yol açar – bilim adamları, termodinamik ilişkilerin nasıl olabileceğini gösterebildiler. dengesiz durumlarda bile genelleştirilebilir.

Son yazar Yuki Sughiyama, “Kimyasal reaksiyon ağlarına ilişkin önceki çalışmaların çoğu, sistemin kinetiğiyle ilgili varsayımlarla ilgiliydi. Dengesizlik durumunda ikiliği ve ilişkili geometriyi kullanarak bunların daha genel olarak nasıl ele alınabileceğini gösterdik” diyor. Termodinamik sistemlerin daha evrensel bir anlayışına sahip olmak ve dengesiz termodinamiğin uygulanabilirliğini daha fazla disipline genişletmek, canlı organizmalarda veya endüstriyel üretim süreçlerinde kullanılanlar gibi karmaşık reaksiyon ağlarını analiz etmek veya tasarlamak için daha iyi bir bakış açısı sağlayabilir.


Hayatın termodinamiği şekilleniyor


Daha fazla bilgi:
Tetsuya J. Kobayashi ve diğerleri, Kimyasal reaksiyon ağlarında Hessian geometrik yapısının kinetik türevi, Fiziksel İnceleme Araştırması (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033066

Tetsuya J. Kobayashi ve diğerleri, Dengesiz kimyasal reaksiyon ağlarının Hessian geometrisi ve entropi üretim ayrışmaları, Fiziksel İnceleme Araştırması (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033208

Tokyo Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: İkili geometrik bir dünyada dengenin dışında hissetmek: Doğrusal olmayan enerji tüketen fenomenler (2022, 16 Eylül) için yeni bir teori, 22 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-equilibrium-dual-geometric-world adresinden alındı. -teori.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.