Как влияют когерентные колебания на энтропию системы?

В анализе ЭЭГ энтропия и когерентность рассматриваются как противоположности по шкале. Чем ниже когерентность, тем выше энтропия. Это информационная энтропия, а не термодинамическая энтропия.

Как в термодинамической системе когерентные колебания повлияют на энтропию? Если бы частицы в системе, например, имели стоячую волну с разными частотами, уменьшилась бы энтропия (поскольку действительных микросостояний меньше) или увеличилась бы (поскольку когерентность зависела бы от притока энергии)?

Кто-нибудь знает связь между гармоническими колебаниями и энтропией?

Область нейродинамики изучает вычислительную функцию колебательных ритмов в мозгу. В качестве примера, вот статья, в которой описывается, как нейронные системы взаимодействуют через периодическую синхронность. Когда нейронная система срабатывает на частоте, близкой гармонике другой системы, большая часть нейронных срабатываний будет иметь периодическую синхронность. С другой стороны, частоты срабатывания с отношением золотой середины будут иметь (математически) наименьшую периодическую синхронность. То есть нейронная обработка мультиплексируется — она делится на временные полосы, пропорциональные золотому сечению. Почему? Потому что именно здесь возникает наименее регулярная синхронность.

Трудно поверить, что золотое сечение играет такую ​​важную роль в мозге. Но на самом деле этот эффект вытекает только из его математической необходимости: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/neuro.03.001.2008/full

Шрёдингер описал, как живые существа полагаются на производство «отрицательной энтропии». Как когерентность в мозге связана с отрицательной энтропией Шредингера? Подумайте: «Нейроны, которые активируются вместе, связываются вместе; нейроны, которые не синхронизируются, не связываются». В мозгу синхрония — это приспособленная функция, управляющая эволюцией нейронных систем. (например, Hebbian Learning, выбор группы нейронов). Математика и физика когерентных колебаний, синхронности, гармоник кажутся необходимыми для понимания мозга.

Вот почему я снова спрашиваю: является ли когерентность противоположностью энтропии?

Ответы (1)

Не уверен насчет анализа ЭЭГ, но в квантовой теории когерентные колебания имеют энтропию, близкую к нулю, и только квантовые колебания вносят некоторый вклад в энтропию. В статье на

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104083

В нем обсуждаются некоторые примеры для открытых, но четко определенных систем, и показано, что даже в наземном, самом низком энергетическом состоянии (возможно, в вакууме) оно все еще может быть больше нуля. Температура также.

Тем не менее, весь этот вопрос об энтропии должен быть хорошо определен, чтобы иметь смысл. Энтропия обычно и концептуально определяется как неизвестная или скрытая информация или потеря информации. Для черных дыр это очень хорошо, для систем многих частиц это возможное количество состояний системы, что для определенных макроскопических известных переменных (таких как объем, давление и температура для газов, например) это количество возможных микроскопических состояний согласуется с этим. Это так называемая скрытая информация, или отсутствие информации. И когда вы берете логарифм этого числа, вы получаете что-то, что зависит от температуры, и это энтропия.

Итак, когерентность — это отдельная концепция, и в основном она относится к колебаниям или волнам, которые имеют и сохраняют частоту и фазу. Или две волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Это определение физики, но оно становится более сложным для квантовых систем. См. статью о когерентности в Википедии по адресу https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coherence_(physics)

И вы можете увидеть похожее, но квантовое определение информационной энтропии в Википедии по адресу https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coherent_information . Концептуально это не слишком отличается, хотя математика и детали могут показаться сложными.

Для ЭЭГ существуют различные определения, которые люди использовали для энтропии. Пара из них описана в том, что я легко мог найти в Google, и в основном это связано с тем, что они называют «неровностями» волн. См., например, конкретную статью http://uknowledge.uky.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1205&context=gradschool_theses .

Их лучше всего поднимать на сайте биологии или биомедицины, хотя да, это тоже биофизика. Возможно, кто-то на этом сайте может прокомментировать или ответить. Я предполагаю, что здесь используется аналогичный, но другой рецепт, чем в физике: определить абстрактное пространство колебаний ЭЭГ, определить некоторую меру регулярности (которая может быть когерентностью в смысле волновой когерентности, как указано выше) и оценить ее.

Если вы можете опубликовать хорошую ссылку на лечение когерентности и энтропии для ЭЭГ, и вы можете сделать небольшую домашнюю работу и попытаться специально опубликовать определения и, возможно, простой пример, люди на этом сайте могли бы ответить на последовательность с физическими определениями или определениями теории информации, которые, по сути, почти одинаковы в разных контекстах.

Это был мой первый вопрос о переполнении физики, и это прекрасный ответ! Прошу прощения, я увидел это только через несколько месяцев. Я подготовлю некоторые конкретные определения и примеры из нейронауки. Большое спасибо за размышления об этом — я нахожу связь между информационной энтропией (энтропией Шеннона) и термодинамической энтропией фантастической загадкой. Шредингер утверждал, что живые организмы должны генерировать «отрицательную энтропию». Я смотрю, как нейронные системы используют фазовую синхронизацию для согласования различных мозговых ритмов, чтобы поддерживать общение. Это займет следующий пост.
«Термодинамика когерентных состояний и энтропия черных дыр» — так забавно, что статья посвящена обеим этим темам! Одного хватило бы :) Но они связывают их так: "среднее число квантов и энтропия черной дыры имеют тот же вид, что и соответствующие значения для когерентных состояний гармонического осциллятора или квантового поля в окрестности статического источника. ...Поэтому вполне естественно ожидать, что в окрестности черной дыры образуется когерентное состояние виртуальных возбуждений и, следовательно, энтропия черной дыры является термодинамической энтропией этого когерентного состояния».
Вы говорите, что «в квантовой теории когерентные колебания имеют энтропию, близкую к нулю, и только квантовые флуктуации вносят вклад в некоторую энтропию». Значит, когда система обретает когерентность, она должна снижать энтропию? Всегда ли когерентность предполагает меньшую энтропию? Я понимаю энтропию как «меньше возможностей конфигурации системы». Энтропия Больцмана — это объем фазового пространства возможных конфигураций микросостояний, составляющих наблюдение макросостояния. Гиббс эквивалентен, но вместо объема фазового пространства это площадь поверхности. Каким-то образом Больцман побеждает, потому что допускает отрицательную температуру.
Вы, наверное, уже видели эту статью о когерентности для улучшения межнейронных коммуникаций. ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4706353 . Я не знаком с этой областью исследований, но сначала поищу обзорную статью по всей идее, прежде чем пытаться оценить какой-либо смысл подобных статей. Это выглядит слишком похоже на поиск чего-то, что может быть, а может и не быть, дергая за соломинку. Должна быть какая-то базовая вещь, которая позволяет двум нейронам общаться, и простой способ увидеть, имеет ли значение фазовая синхронизация.
Нейроны невероятно разнообразны, поэтому любая модель, описывающая их взаимодействие, требует значительных оговорок. Тем не менее, классическое описание Hebbian Learning звучит так: «Нейроны, которые активируются вместе, соединяются вместе; нейроны, которые не синхронизируются, не связываются». Хотя это грубое упрощение, синхронность между нейронами можно рассматривать как конкурентную «функцию пригодности», которая управляет эволюцией корковых столбцов и общей связностью в мозгу человека. «Обрезается» до 1/3 всех нейронов; отсутствие синхронности со своими сверстниками является ключевым фактором. «Ритмы мозга» Бузаки — сильный обзор.
Как влияют когерентные колебания на энтропию системы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v