达尔文动力学中随机动态平衡和平衡态热力学的融合

  • 国科大
  • 日期:2010-05-21
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敖平(上海交通大学系统生物医学院)
 简介:敖平教授,1983年获北京大学物理学学士。1985年获美国伊利诺大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC)物理学硕士。1990年获UIUC物理学博士学位,导师为诺贝尔奖获得者Prof. A. J. Leggett。1990-1994年在美国华盛顿大学(University of Washington)物理系从事博士后研究,合作导师为美国科学院院士Prof. D. J. Thouless。1994-2000年任瑞典Umea大学物理系副教授。2000-2003年任西雅图的美国系统生物学研究所(United States Institute for Systems Biology)高级研究科学家及访问教授,与研究所创始人之一美国科学院院士Leory Hood进行合作研究。2003-2008年任华盛顿大学机械工程系副教授。2008年回国任上海交通大学系统生物医学院特聘教授,973肥胖症项目首席科学家。

  内容摘要:达尔文(Charles Robert Darwin)和华莱士(Alfred Russel Wallace)最先提出了进化动力学,这个规律在生物界中具有普适性。在物理学中非常成功的统计力学和热力学,在生物学中能否有自洽的动力学理解,是一个棘手的问题。利用随机过程的新算法、以及新的数学结构,探究了热力学和达尔文动力学等问题之间的联系,发现达尔文动力学中的随机过程隐含温度的存在,因此也隐含了终态正则分布符合玻尔兹曼-吉布斯分布。在不考虑细致平衡条件的前提下,可以利用相对熵的概念导出热力学第二定律,并且这个推导对任何尺度的体系都是成立的。尤其重要的是,破坏细致平衡条件的动力学要素对相对熵的变化是没有贡献的。
在演讲中,将讨论目前感兴趣的两种随机动态平衡:一类是基于Feynman–Kac公式,另一类是爱因斯坦关系(Einstein relation)的普遍化。这两类平衡都很容易被实验验证。证实了达尔文动力学代表一个逻辑上对于统计力学和热力学来讲简单而直接的起点,并与物理学中起决定作用的守恒定律和动力学互补且一致。当前的发现还预示了在近平衡和远平衡情况下都存在一个统一的随机动力学框架。