Bistability ist ein grundsätzliches Phänomen in der Natur. Etwas, was bistable ist, kann sich in jedem von zwei Staaten ausruhen. Diese Rest-Staaten brauchen in Bezug auf die versorgte Energie nicht symmetrisch zu sein. Die Definieren-Eigenschaft von bistability ist einfach, dass zwei stabile Zustände (Minima) durch eine Spitze (Maximum) getrennt werden.

In der Physik, für ein Ensemble von Partikeln, kommt der bistability aus der Tatsache, dass seine freie Energie drei kritische Punkte hat. Zwei von ihnen sind Minima, und das letzte ist ein Maximum. Durch mathematische Argumente muss das Maximum zwischen den zwei Minima liegen. Standardmäßig wird der Systemstaat in jedem der Minimum-Staaten sein, weil das dem Staat der niedrigsten Energie entspricht. Das Maximum kann als eine Barriere vergegenwärtigt werden.

Ein Übergang von einem Staat der minimalen freien Energie verlangt eine Form der Aktivierungsenergie einzudringen die Barriere (vergleichen Sie Aktivierungsenergie und Gleichung von Arrhenius für den chemischen Fall). Nachdem die Barriere erreicht worden ist, wird sich das System in den folgenden Staat der niedrigsten Energie wieder entspannen. Die Zeit, die man braucht, wird gewöhnlich die Entspannungszeit zugeschrieben. Es könnte Unklarheit geben, betreffs deren Staat der neue sein wird, aber es wird häufig in der Situation gut definiert.

Optischer bistability ist ein Attribut von bestimmten optischen Geräten, wo zwei widerhallende Übertragungsstaaten möglich und stabil, vom Eingang abhängig sind.

In biologischen und chemischen Systemen

Bistability ist Schlüssel, um grundlegende Phänomene der Zellwirkung, wie Beschlussfassungsprozesse im Zellzyklus-Fortschritt, Zellunterscheidung und apoptosis zu verstehen. Es wird auch am Verlust von zellularem homeostasis beteiligt, der mit frühen Ereignissen im Krebs-Anfall und in prion Krankheiten sowie im Ursprung der neuen Arten (Artbildung) vereinigt ist.

Bistability kann durch eine positive Feed-Back-Schleife mit einem ultraempfindlichen Durchführungsschritt erzeugt werden. Positive Feed-Back-Schleifen solcher weil aktiviert das einfache X Y, und Y aktiviert X Motiv, verbindet im Wesentlichen Produktionssignale zu ihren Eingangssignalen und ist bemerkt worden, um ein wichtiges Durchführungsmotiv im Zellsignal transduction zu sein, weil positive Feed-Back-Schleifen Schalter mit einer all-nothing Entscheidung schaffen können. Studien haben gezeigt, dass sich zahlreiche biologische Systeme, wie Reifung von Xenopus oocyte, Säugetierkalzium-Signal transduction und Widersprüchlichkeit in der knospenden Hefe, zeitlich (langsam und schnell) positive Feed-Back-Schleifen oder mehr als eine Feed-Back-Schleife vereinigen, die zu verschiedenen Zeiten vorkommt. Indem es zwei verschiedene zeitliche positive Feed-Back-Schleifen oder "doppelmalige Schalter" gehabt wird, berücksichtigt vergrößerte Regulierung (von a): Zwei Schalter, die unabhängige veränderliche Aktivierungs- und Deaktivierungszeiten haben; und (b) hat sich verbunden Feed-Back-Schleifen auf vielfachen Zeitskalen können Geräusch filtern.

Bistability kann modifiziert werden, um robuster zu sein und bedeutende Änderungen in Konzentrationen von Reaktionspartnern zu dulden, während man noch seinen "einem Schalter ähnlichen" Charakter aufrechterhält. Feed-Back sowohl auf dem Aktivator eines Systems als auch auf Hemmstoff macht das System fähig, eine breite Reihe von Konzentrationen zu dulden. Ein Beispiel davon in der Zellbiologie ist, der CDK1 aktiviert hat (Cyclin Abhängiger Kinase 1) aktiviert ist Aktivator Cdc25 während zur gleichen Zeit inactivating sein inactivator, Wee1, so Fortschritt einer Zelle in mitosis berücksichtigend. Ohne dieses doppelte Feed-Back würde das System noch bistable sein, aber würde nicht im Stande sein, solch eine breite Reihe von Konzentrationen zu dulden.

Bistability ist auch in der embryonischen Entwicklung der Taufliege melanogaster (die Taufliege) beschrieben worden. Beispiele sind vorder-spätere und dorso-ventrale Achse-Bildung und Augenentwicklung.

Ein Hauptbeispiel von bistability in biologischen Systemen ist das des Schalligels (Sch), eines Abschrift-Faktors der Taufliege, die eine kritische Rolle in der Entwicklung spielt. Sch Funktionen in verschiedenen Prozessen in der Entwicklung, einschließlich des Musterns der Gliederknospe-Gewebeunterscheidung. Das Sch Signalnetz benimmt sich als ein Bistable-Schalter, der Zelle erlaubend, Staaten am genauen Sch Konzentrationen plötzlich zu schalten. gli1 und gli2 Abschrift werden durch Sch, und ihre Genprodukttat als transcriptional Aktivatoren für ihren eigenen Ausdruck und für Ziele stromabwärts sch der Nachrichtenübermittlung aktiviert. Gleichzeitig wird das Sch Signalnetz von einer negativen Feed-Back-Schleife kontrolliert, worin die Abschrift-Faktoren von Gli die erhöhte Abschrift eines repressor (Ptc) aktivieren. Dieses Signalnetz illustriert die gleichzeitigen positiven und negativen Feed-Back-Schleifen, deren exquisite Empfindlichkeit hilft, einen Bistable-Schalter zu schaffen.

Bistability kann nur in biologischen und chemischen Systemen entstehen, wenn drei notwendige Bedingungen erfüllt werden: Positives Feed-Back, ein Mechanismus, kleine Stimuli und einen Mechanismus herauszufiltern, Explosionen zu verhindern.

Bistable chemische Systeme sind umfassend studiert worden, um Entspannungskinetik, Nichtgleichgewicht-Thermodynamik, stochastische Klangfülle, sowie Klimaveränderung zu analysieren.

Bistability wird häufig durch die magnetische Trägheit begleitet. Auf einem Bevölkerungsniveau, wenn viele Realisierungen eines bistable Systems (z.B viele bistable Zellen (Artbildung)) betrachtet werden, beobachtet man normalerweise bimodale Verteilungen.

In mechanischen Systemen

allgemeiner sagt, ist Bistability, wie angewandt, im Design von mechanischen Systemen "über das Zentrum" - d. h. Arbeit wird auf dem System getan, um es gerade vorbei an der Spitze zu bewegen, an dem Punkt der Mechanismus "über das Zentrum" zu seiner sekundären stabilen Position geht. Das Ergebnis ist eine Handlung des Knebelknopf-Typs. Eine besonders übliche Methodik, "über das Zentrum" Handlung zu erreichen, soll einen Frühling verwenden.

Als ein Beispiel eines allgemeinen Überzentrum-Geräts sieht ein Klinkenrad Zentrum durch, weil es in der Vorwärtsrichtung gedreht wird. In diesem Fall, "über das Zentrum" bezieht sich auf das Klinkenrad, das in einer gegebenen Position bis geklickt vorwärts wieder stabil und "geschlossen" ist; es hat nichts, um mit dem Klinkenrad zu tun, das unfähig ist, sich in der Rückwartsrichtung zu drehen. Position "1" und Position "3" in der Zahl konnten oben als "aktueller Zahn" und "folgender Zahn gelesen werden."

Siehe auch

• eisenelektrisch, eisenmagnetisch, magnetische Trägheit, bistable Wahrnehmung
• astabiler Mehrvibrator, monostabiler Mehrvibrator.
• Abzug von Schmitt
• starke Wirkung von Allee
• Mehrstabile Wahrnehmung beschreibt den spontanen oder exogenous Wechsel von verschiedenem percepts im Gesicht desselben physischen Stimulus.
• Modulator-Anzeige von Interferometric, eine bistable reflektierende in mirasol gefundene Anzeigetechnologie zeigt durch Qualcomm

Links

• http://www.answers.com/topic/optical-bistability
• Rohr-Sensor von BiStable