準穩態
編輯在化學和物理學中,亞穩態表示動力系統中的中間能量狀態,而不是系統的最低能量狀態。在斜坡上的空心中休息的球是亞穩態的一個簡單例子。 如果只輕輕推動球,它會回到空心,但更大的推動力可能會使球開始滾下斜坡。 保齡球瓶表現出類似的亞穩態,要么只是搖晃片刻,要么完全翻倒。 科學中亞穩態的一個常見例子是異構化。 高能異構體之所以長壽,是因為它們被勢能中的(可能很大的)障礙阻止了重新排列到它們的首選基態。
在有限壽命的亞穩態期間,所有描述狀態的參數都達到并保持固定值。 隔離中:
- 能量最小的狀態是系統將無限期停留的xxx狀態,直到更多的外部能量被添加到系統(xxx的xxx穩定狀態);
- 系統會自發地離開任何其他狀態(能量更高),最終(在一系列轉換之后)返回到最低能量狀態。
亞穩態概念起源于一階相變物理學。 然后,它在研究聚集的亞原子粒子(在原子核或原子中)或在分子、大分子或原子和分子簇中獲得了新的意義。 后來借用它來研究決策和信息傳遞系統。
準穩態在物理和化學中很常見——從原子(多體組裝)到分子水平或整體的分子統計集合(粘性流體、無定形固體、液晶、礦物等)(參見亞穩態 下面的物質和谷物堆)。 隨著系統變得越來越大和/或如果它們相互作用的力在空間上不那么均勻或更加多樣化,狀態的豐富性會更加普遍。
在電子電路、信號傳輸、決策、神經和免疫系統等動態系統(帶反饋)中,主動或反應模式相對于外部影響的時間不變性定義了穩定性和亞穩定性(參見下面的大腦亞穩定性)。 在這些系統中,分子系統中的熱波動相當于影響信號傳播和決策的白噪聲。
統計物理與熱力學
編輯非平衡熱力學是物理學的一個分支,研究分子在不穩定狀態下的統計系綜動力學。 卡在熱力學槽中而不處于最低能量狀態被稱為具有動力學穩定性或動力學持久性。 盡管有更好的(低能量)替代方案,但所涉及原子的特定運動或動力學導致卡住。
物質狀態
物質的亞穩態(也稱為轉移態)范圍從熔化固體(或冷凍液體)、沸騰液體(或冷凝氣體)和升華固體到過冷液體或過熱液氣混合物。 極其純凈的過冷水在 0°C 以下保持液態,并一直保持液態,直到應用振動或冷凝種子摻雜啟動結晶中心。 這是大氣云滴的常見情況。
凝聚態和大分子
亞穩相在凝聚態和晶體學中很常見。 值得注意的是,銳鈦礦就是這種情況,它是二氧化鈦的一種亞穩態多晶型物,盡管由于其較低的表面能通常是許多合成過程中形成的xxx相,但它始終是亞穩態的,金紅石是所有溫度下最穩定的相 另一個例子,金剛石僅在非常高的壓力下是穩定相,但在標準溫度和壓力下是碳的亞穩態。 它可以轉化為石墨(加上剩余的動能),但前提是要克服活化能——中間的小山。 馬氏體是一種亞穩相,用于控制大多數鋼的硬度。 通常觀察到二氧化硅的亞穩態多晶型物。
在某些情況下,例如在固體硼的同素異形體中,很難獲得穩定相的樣本。
DNA、RNA 和蛋白質等聚合物的組成部分之間的鍵也是亞穩態的。 三磷酸腺苷是一種高度亞穩定的分子,通俗地描述為充滿能量,可以在生物學中以多種方式使用。
一般來說,乳液/膠體系統和玻璃是亞穩態的。 例如,二氧化硅玻璃的亞穩態的特征是壽命約為 1098 年(與宇宙的壽命相比,后者被認為約為 14×109 年)。
如果存在陡坡或隧道,沙堆是一種可以表現出亞穩態的系統。 沙粒由于摩擦而形成一堆。
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