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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（对照化学里的激发能和Arrhenius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）。
光学双稳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。
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[1]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）[2]。
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[3]。研究也表明了，非常多的生物系统，比如爪蟾卵的成熟[4]、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）[3]。如果一个系统同时拥有这两类正反馈回路，这样可以（a）增加调节：两种开关有着独立的可变的激活或者失活时间；（b）将反馈回路和多重时间尺度联系起来可以过滤噪声[3]。
双稳态可以被修饰地更加具有稳健性，即使体系中反应物的浓度发生很大的改变，其仍能维持着“开关”这种特性。一个细胞生物学上的例子，被激活的CDK1（Cyclin Dependent Kinase 1，细胞周期蛋白依赖的激酶1）能够激活它的激活子Cdc25，同时CDK1也会灭活它的抑制子Wee1，这样能够使细胞进入有丝分裂（mitosis）。如果没有这种双重反馈，尽管系统仍能够具有双稳性，但是不能够承受体系中反应物浓度的有较大的波动[5]。
双稳态在果蝇胚胎发育阶段中被描述过，比如头尾轴[6]和腹背轴的形成[7][8]，以及眼睛的发育[9]。
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[10]。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[2]。
在生物和化学系统中，只要满足三个条件，就能够产生双稳态现象：正反馈、过滤小刺激信号的机制和防止无约束增长的机制。双稳态化学系统被广泛地用于研究非平衡热动力学、随机共振和气候变化等等[2]。在双稳态空间扩展系统中，局部相关性的发生和旅行波的传播曾被分析过[11][12]。
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。
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