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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
生物學成功的關鍵是，適應性生物體所面臨的必要多樣性是其環境中一系列可檢測、可存取和可控制的狀態。我們分析了它在資訊棘輪熱力學功能中的作用，資訊棘輪是一種自主麥克斯韋惡魔，能夠利用外部資訊庫的波動從熱浴中獲取有用的功。這建立了一個定量範例，用於理解自適應代理如何利用結構化熱環境來實現自身的熱力學效益。通用棘輪充當記憶通訊通道，按順序與其環境互動並將結果儲存到輸出。然而，迄今為止分析的熱棘輪大多假設無記憶環境，產生沒有時間相關性的輸入訊號。利用計算力學和新的資訊處理熱力學第二定律（IPSL），我們消除了這些限制，分析了與產生相關輸入訊號的結構化環境相互作用的一般有限狀態棘輪。一方面，我們證明棘輪不需要有記憶來利用不相關的環境。另一方面，更適合生物適應，我們表明棘輪必須具有記憶才能最有效地利用其環境中的結構和相關性。教訓是，為了最佳地收穫工作，棘輪的記憶必須反映輸入生成器的記憶。最後，我們研究了棘輪可以從其環境中提取的工作量的 IPSL 界限，發現有限狀態、最優棘輪無法達到這些界限。相較之下，我們表明無限狀態棘輪可以透過利用其自身的無限「負熵」遠遠超出這些界限。最後，我們概述了資訊棘輪群的集體熱力學。