PNAS速递：信息论方法分析凝聚态物质相变的本质

关键词：信息论，相变，凝聚态

论文题目：The essence of phase transitions in condensed matter by an information theoretic approach

期刊名称：PNAS

斑图地址：https://pattern.swarma.org/paper/aa33599c-407e-11ee-8b02-0242ac17000d

论文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310281120

这项研究旨在发展一个基于信息论的一般性描述，用于生物细胞的状态以及疾病的典型生物转变，例如上皮细胞向间充质细胞转化。这里的信息论描述表明，凝聚态中的相变本质上是熵的变化，这反映在两个相之间的异构体数目变化中。研究中使用图论方法计算了异构体数目作为尺寸的函数，并将其与较小系统的直接计数进行比较。这使得能够将一套普遍方法同时用于纳米系统及其宏观极限。熵随尺寸大小迅速增加，导致用尺寸分布的平均值替代实际分布不是准确的近似。

由于固体和液体相的高热容，导致相变是温度的尖锐函数。相变时熵的差异与 Trouton-Richards 的考虑相关。有限系统两相边界的有限宽度与从最大熵形式化中推导出的固有不确定性相关，这是围绕平衡涨落的结果。随着系统大小增加，边界变得更加尖锐，通常的热力学描述得以恢复。研究中强调了由系统生物学提供的单细胞水平的大量组学数据作为输入的基础作用。