Richtung einer Thermodynamik aktiver Materie

Die Selbstantrieb ermöglicht es lebenden Systemen, Selbstorganisation und ungewöhnliches Phasenverhalten zu zeigen. Im Gegensatz zu passiven Systemen im thermischen Gleichgewicht sind aktive Materiesysteme nicht durch konventionelle thermodynamische Gesetze eingeschränkt. Eine Frage stellt sich jedoch, inwieweit, wenn überhaupt, Konzepte der klassischen Thermodynamik auf Nichtgleichgewichtssysteme wie aktive Materie angewendet werden können. Hier verwenden wir die neue Perspektive des Schwimmdrucks, um eine einfache Theorie zur Vorhersage der Phasentrennung in aktiver Materie zu entwickeln. Mit rein mechanischen Argumenten erzeugen wir ein Phasendiagramm mit einem Spinodalen und einem kritischen Punkt und definieren ein Nichtgleichgewicht-Chemisches Potential, um das "Binodal" zu interpretieren. Wir bieten eine Verallgemeinerung der thermodynamischen Konzepte wie die freie Energie und Temperatur für nichtgleichgewichtige aktive Systeme an. Unsere Theorie stimmt sowohl qualitativ als auch quantitativ mit bestehenden Simulationsdaten überein und könnte einen Rahmen bieten, um das Verhalten von nichtgleichgewichtigen aktiven Systemen zu verstehen und vorherzusagen.