Pomocí metod statistické fyziky a stochastického modelování vyšetřujeme chování komplexních systémů za nerovnovážných podmínek.
Pomocí metod statistické fyziky a stochastického modelování vyšetřujeme chování komplexních systémů za nerovnovážných podmínek. Typicky máme na mysli (koloidní) částice o rozměrech desítek nanometrů až jednotek mikrometrů, které se pod vlivem silného vnějšího buzení pohybují v tekutině, která na ně působí prostřednictvím hydrodynamických sil. Charakter těchto sil je podstatně ovlivněn jednak pohybem koloidních částic, jednak dynamickým stavem samotné tekutiny či vnějšími geometrickými omezeními, jaké představuje třeba pohyb tekutiny v úzké trubici nepravidelného tvaru. Konkrétním příkladem může být řízený pohyb organických částic dopravujících krevním řečištěm specifický lék na místo určení.
Na rozdíl od dobře prozkoumaného difúzního Brownova pohybu, námi studované koloidní částice mají často „aktivní“ charakter, protože jsou buzené vnějším polem, které závisí například na náhodné orientaci povrchově upravených částic. Důležitým mechanismem pro ustavení ustáleného transportu je „rohatkový“ efekt v důsledku narušení prostorových symetrií, a koloidní částice tímto získávají charakter podobný molekulárním motorům. Studujeme také systémy interagujících koloidních částic, včetně efektivních interakcí indukovaných okolní tekutinou, a jako modelové systémy uvažujeme kromě brownovských částic i diskrétní modely, v nichž je přímá interakce částic modelovaná vzájemnou exkluzí. Tímto způsobem dokážeme například modelovat dynamickou separaci koloidních částic různých typů.
Důležitým teoretickým i praktickým nástrojem pro analýzu komplexních nerovnovážných systémů je technika (nerovnovážné) lineární odezvy, pomocí níž studujeme reakci systému na malé vnější „poruchy“, způsobené například přiložením mechanických sond, pomalou změnou vnější okolní teploty apod. Charakter této mechanické či tepelné odezvy v sobě nese otisk termodynamických a kinetických vlastností daného systému a zásadně se liší pro systémy blízko a daleko od termodynamické rovnováhy. Tímto užitečným metodickým postupem tak dokážeme analyzovat a popisovat systémy, pro něž běžné rovnovážné techniky nejsou dostupné.
