Почему система с памятью может отойти от равновесия ✎

Оригинал: "Relative Entropy Revivals Caused by Memory-Induced Loss of Divisibility in Classical Non-Markovian Dynamics"
· Koichi Nakagawa
arXiv:2602.09054 · 2026-02-07 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Если система помнит своё прошлое, она может на время отдалиться от равновесия, прежде чем снова к нему вернуться.

Оркестр играет слаженно, но скрытый дирижёр на секунду меняет взмах. Так и система, которая движется к равновесию, вдруг делает шаг назад.

Обычно, если система не помнит прошлого, она приближается к равновесию монотонно, как песок в песочных часах. Но если у неё есть память, она может на время отойти от равновесия. Раньше такое замечали, но не понимали, почему это происходит.

Память работает как скрытый дирижёр: он не меняет музыку, но задерживает некоторые взмахи. Из-за этого оркестр на мгновение сбивается с ритма.

Автор построил простые модели и выяснил: если память длинная, то задержанная обратная связь на время обращает движение к равновесию. Тогда привычное доказательство монотонности перестаёт работать, и расстояние до равновесия может временно вырасти.

Оркестр снова играет в унисон. Теперь понятно, что заминка была не случайностью, а работой памяти, которая на миг вернула систему к прошлому.

В марковском случае относительная энтропия играет роль функции Ляпунова, гарантирующей необратимое приближение к равновесию. Потеря делимости означает, что эволюцию нельзя разбить на последовательные марковские шаги, и тогда привычная стрела времени может на короткое время обернуться вспять.

\frac{dP(t)}{dt} = \int_0^t K(t-\tau) P(\tau) d\tau
Скорость изменения вероятностей в момент t зависит от всей предыдущей истории через ядро K.
K(t) = \gamma e^{-\gamma t} R
Память экспоненциально затухает со скоростью γ, а R — марковский генератор.
F(t) = D_{KL}(P(t) \| \pi) = \sum_i P_i(t) \ln \frac{P_i(t)}{\pi_i}
Мера информационного расстояния текущего распределения от стационарного π.
Учёные
Ludwig BoltzmannRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingJames Clerk MaxwellEdward Witten
Понятия
энтропия Больцмана энтропия энтропийная гравитация стрела времени марковская цепь релаксация скорость затухания энергетическая щель время релаксации логарифмическая поправка необратимость энтропийная тень