bistability是什麼意思，bistability的意思翻譯、用法、同義詞、例句

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雙穩态（Bistability）是一個在物理學、工程學、生物學、化學等多個學科領域中至關重要的概念。它描述的是一個系統在相同的輸入條件或環境參數下，可以穩定存在于兩種不同的、離散的狀态之一的特性。這種穩定性意味着系統一旦進入其中一種狀态，就會傾向于保持在該狀态，除非受到足夠強的外部擾動或控制參數的改變，才會切換到另一個穩定狀态。

核心特征與機制：

1. 兩個離散的穩定狀态： 系統擁有兩個不同的、可被明确定義的穩定狀态（例如：開/關、高/低、狀态A/狀态B）。這些狀态是系統動力學中的吸引子（attractors）。
2. 穩定性： 系統一旦處于其中一個穩定狀态，對于小的擾動或噪聲具有魯棒性，能夠自發地返回到該狀态，不會輕易地、自發地切換到另一個狀态。
3. 阈值行為與切換： 要促使系統從一個穩定狀态切換到另一個穩定狀态，通常需要施加一個超過特定阈值的刺激（例如：足夠大的輸入信號、足夠強的擾動、或者改變某個控制參數越過臨界點）。這個切換過程常常是快速的、類似開關的動作。
4. 滞後現象： 這是雙穩态系統的一個常見特征。它指的是系統從一個狀态切換到另一個狀态所需的阈值（或控制參數值），與從另一個狀态切換回來所需的阈值是不同的。例如，将系統從狀态A切換到狀态B可能需要參數達到值X，但将其從狀态B切換回狀态A可能需要參數降低到值Y（Y < X）。這形成了一個“滞回環”，系統的當前狀态不僅取決于當前的輸入，還取決于其曆史狀态。
5. 非線性動力學基礎： 雙穩态行為本質上是系統非線性動力學特性的結果。它通常與系統方程（常微分方程）存在多個穩定平衡點（或不動點）相關聯。勢能景觀（Potential Landscape）模型常被用來形象化地描述雙穩态：想象兩個相鄰的窪地（代表兩個穩定狀态），中間被一個山脊（代表不穩定平衡點或阈值）隔開。系統小球停留在其中一個窪底是穩定的，要讓它滾到另一個窪底，需要給它足夠的能量翻越山脊。

典型應用實例：

• 電子學： 觸發器電路（Flip-flop）是最經典的電子雙穩态器件。它有兩個穩定的輸出狀态（高電平/低電平），用于存儲1比特信息，是數字計算機内存和邏輯電路的基礎。施密特觸發器利用雙穩态和滞後現象對輸入信號進行整形和噪聲抑制。
• 光學： 光學雙穩态器件，如某些包含非線性介質的法布裡-珀羅諧振腔。其透射或反射光的強度可以在兩個穩定值之間切換，應用于光開關、光存儲和光計算。
• 生物學：
  • 基因調控： 許多基因開關（genetic toggle switch）具有雙穩态特性。特定的基因表達模式（如開啟或關閉）可以在細胞分裂中穩定地遺傳給子代細胞，即使初始的誘導信號消失。這對細胞分化（如幹細胞分化為特定類型細胞）和生物模式形成至關重要。
  • 細胞信號傳導： 某些信號通路在特定刺激下會從關閉狀态快速、不可逆地切換到開啟狀态。
  • 生态學： 湖泊生态系統可能在清水态（富含水生植物）和濁水态（藻類爆發）之間表現出雙穩态，取決于營養鹽水平等因素。
• 化學： 某些化學反應體系（如Belousov-Zhabotinsky反應）在特定條件下可以表現出雙穩态或多穩态行為。

權威參考來源：

• 經典教材與專著：
  • Strogatz, S. H. (2018). Nonlinear Dynamics and Chaos: With Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering (2nd ed.). CRC Press. （該書深入講解了非線性系統的動力學行為，包括雙穩态、分岔和滞後現象的理論基礎）來源：CRC Press / Taylor & Francis Group.
  • Murray, J. D. (2002). Mathematical Biology: I. An Introduction (3rd ed.). Springer. （在生物數學建模部分詳細讨論了基因調控網絡中的雙穩态開關模型）來源：Springer Nature.
• 綜述文章與期刊：
  • Ferrell, J. E. (2012). Bistability, Bifurcations, and Waddington's Epigenetic Landscape. Current Biology, 22(11), R458-R466. （這篇綜述讨論了雙穩态在細胞命運決定和分化中的核心作用，及其與表觀遺傳景觀的聯繫）來源：Cell Press (Elsevier).
  • Angeli, D., Ferrell, J. E., & Sontag, E. D. (2004). Detection of multistability, bifurcations, and hysteresis in a large class of biological positive-feedback systems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(7), 1822-1827. （這篇經典論文提供了分析生物正反饋系統（常導緻雙穩态）的理論框架）來源：Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
  • IEEE Transactions on Circuits and Systems / IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 等期刊中關于觸發器電路、光學雙穩态器件的研究論文。來源：IEEE Xplore Digital Library.
• 專業機構資源：
  • Scholarpedia / Encyclopedia of Systems Biology 等線上學術百科對"Bistability"詞條的解釋（通常由領域專家撰寫）。來源：Scholarpedia.org / Springer Reference.

雙穩态是複雜系統展現出的核心行為之一，它賦予了系統記憶能力、決策能力（在兩種狀态中選擇）以及對噪聲的魯棒性。理解雙穩态的機制對于設計電子開關、光電器件、理解細胞命運決定、基因調控網絡以及生态系統穩定性等具有根本性的意義。其核心在于非線性相互作用導緻的多穩定平衡點共存和阈值驅動的狀态切換。

網絡擴展資料

"Bistability"（雙穩态性）是系統科學、物理學和生物學中的專業術語，指一個系統在相同外部條件下可長期穩定存在于兩種不同狀态的特性。以下是詳細解析：

核心定義

由前綴"bi-"（雙）和"stability"（穩定性）組成，特指系統具備兩種可切換的穩态。當受到擾動時，系統會暫時偏離當前狀态，但最終會回歸到原有穩态或切換至另一穩态，而非停留在中間狀态。

典型場景與實例

1. 電子學
   雙穩态電路（如觸發器）有兩種輸出電壓狀态（高/低），用于存儲二進制數據（）。

2. 生物學
   基因調控網絡可能呈現雙穩态，例如：

   • 幹細胞分化為特定細胞類型後穩定在新狀态；
   • 細菌在抗生素壓力下的耐藥性切換。

3. 化學
   某些化學反應（如Belousov-Zhabotinsky振蕩反應）在特定濃度下會穩定在兩種不同的化學平衡狀态。

數學描述

雙穩态系統常通過非線性微分方程建模，例如： $$ frac{dx}{dt} = kx(1-x)(x-a) $$ 其中參數$a$控制穩态數量，當存在兩個穩定解（如$x=0$和$x=1$）時即為雙穩态。

應用意義

• 信息存儲：電子設備的二進制存儲基礎；
• 生物決策：細胞命運決定的關鍵機制；
• 環境預警：生态系統突變的臨界點預測（如珊瑚礁白化）。

如需具體領域案例的擴展解釋，可進一步說明。

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