JPhysA编辑优选：非平衡临界动力学的标度转变理论
文章介绍
Rong Li（李荣）, Qirui Ding（丁启睿） and Weicheng Cui（崔维成）
通讯作者：
- 李荣，西湖大学工学院电子与信息工程系
- 崔维成，西湖大学工学院电子与信息工程系
研究背景：
标度律和普适性是理解相变和临界现象的核心概念，揭示了不同微观系统如何表现出相似的临界行为。在远离平衡条件下，已确立了Kardar-Parisi-Zhang动态标度、扩散限制动力学以及定向渗流等几个重要的动力学普适类。
然而，实验研究揭示真实系统的演化往往超越单一动力学普适类，表现为多个不同标度之间的转换。例如，碳纳米管中激子-激子复合显示从反应限制衰减（1/t）到扩散限制标度（t-1/2）的转换；湍动液晶中吸收相变也展现多阶段弛豫过程。
目前对反应-扩散转变和多步弛豫已有定性描述，但解析精确的定量描述仍存在理论空白。传统单一标度假设在早期发散，且两步模型预测的反应-扩散转变远比实际观察更加缓慢，表明标度转变的解析描述需要更准确的理论工具。
研究内容：
本研究发展了一种描述非平衡临界动力学中标度转变的唯象方法。从反应-扩散系统的基本方程出发，我们导出了控制空间平均场演化的含时Bernoulli微分方程。其中反应系数的时间依赖主要源于空间涨落。研究团队提出了反应系数的标度不变性假设，并基于此推导出了方程的五类标度转变的严格解析解。
该研究的创新意义在于：提供了一个系统描述动力学标度转变的解析理论，拓展了动力学普适性的唯象理论框架，为理解其他复杂非平衡系统的多阶段动力学演化提供了有力的工具。例如，本文的附录和讨论分别探讨了模型对描述Couette湍流和生物生长的可行性。
作者介绍
李荣 副研究员
西湖大学
- 李荣，西湖大学工学院电子与信息工程系，副研究员。长期从事复杂系统的数理模型研究，特别是超导材料的输运理论和非平衡相变方程，生物体系的非线性动力学方程研究。在Communications Physics, New Journal of Physics, Journal of Physics A, Royal Society Open Science等国际期刊发表论文10余篇，部分研究工作获得业内同行的赞誉和社会关注。
崔维成 教授
西湖大学
- 崔维成，西湖大学工学院讲席教授。长期从事大型复杂工程系统的多学科设计优化理论及应用研究，曾任“蛟龙”号载人潜水器总体与集成项目负责人，第一副总设计师，“百千万人才工程”一二层次首批人选,“长江学者奖励计划”首批特聘教授。2018年加盟西湖大学后，致力于基于东方二元共存哲学构建复杂系统统一理论的前沿基础研究。
期刊介绍
- 2024年影响因子：2.1 Citescore：3.8
- Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。