双稳

处于双稳的系统有两个平衡状态。在物理学中,对于全体粒子,双稳态源自于它的自由能有三个临界点。其中两个为最小值而最后一个为最大值。通过数学论证,最大值一定处于两个最小值之间。默认情况下,系统的态将处于最小值态两者之一,因为这样对应于系统的最低能量。最大值可以被看作壁垒。

最低自由能态之间的跃迁,需要某些形式的激发能来穿透壁垒(对照化学里的活化能和阿伦尼乌斯方程)。当穿越壁垒之后,系统将再一次静止到下一个最低能态。需要的时间称作弛豫时间(哪一个态将成为新态可能会有不确定性,但是通常情况下是被很好地定义了的)。

是一些光学器件的属性, 它们往往可能有两个谐振传输态,依赖于输入的情况。

在生物和化学系统中
双稳态是理解细胞内某些现象作用的关键,比如细胞周期过程中的决策、细胞分化和细胞凋亡。它也和某些事件,在早期的细胞内动态平衡的丧失相关,比如癌症的发生、阮病毒疾病甚至新物种形成(成种作用)。

双稳态的产生和具有超敏性的正反馈回路(positive feedback loop)相关。正反馈回路,简单地举例来说,X激活Y,同样Y能激活X,从本质上来说,是将输出信号和输入信号联系在了一起。对于细胞内的信号转导来说,这种调控形式很重要,因为它能够产生“全或无”的开关效应。研究也表明了,非常多的生物系统,比如爪蟾卵的成熟、哺乳动物钙信号的转导和出芽酵母的极性都与(快速或者慢速)正反馈回路相关(在不同的时间点会有多个正反馈回路出现)。

双稳态在果蝇胚胎发育阶段中被描述过,比如头尾轴和腹背轴的形成,以及眼睛的发育。

在生物系统中,和双稳态有关的一个典型的例子是Sonic hedgehog (Shh),一种分泌的信号分子,对发育非常重要。Shh信号网络表现为一个双稳态的开关一样,其浓度能够引起细胞状态的转变。Shh可以激活gli1 和 gli2的转录,它们各自的基因产物也能够作为转录激活物去促进自身和Shh信号通路下游基因的表达。同时,Shh信号通路也包含一个负反馈回路,即Gli转录因子能够激活阻遏子Ptc的转录活性。因此,Shh信号通路中同时存在的正负反馈回路能够产生双稳态开关。

双稳态通常可以通过滞后作用(hysteresis)来实现。从种群水平,如果将每一个个体加以考虑,在分布上就会出现双稳态现象。

参见
*多穩態
*铁电性、铁磁性、遲滯現象、多穩態知覺
*施密特触发器
*阿利效应

外部連結
*[http://www.answers.com/topic/optical-bistability optical-bistability]

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