与平衡态系统中的热运动不同，活性物质将其他形式的能量转化为自身的动能而向前运动，常见的例子有鸟群、微生物和人体细胞等。这类系统远离平衡态，因此表现出了非同寻常的物理性质和运动状态。例如迁徙的飞鸟和鱼群会成群结队地运动并在比自身大很多的尺度上形成了取向序，这与他们单独无规则的运动模式截然不同。这两种运动状态之间的转变可视为一个非平衡态相变。我们在大肠杆菌的系统中研究了三维活性流体的集体运动。我们发现细菌流体在高浓度、高游速和高活性细菌比例的情况下出现了集体运动，并且以这三个因素为变量绘制了相图。除了研究稳态的相变，我们还研究了活性物质从无序态到集体运动态的相变动力学。为了在一个系统中触发集体运动的发生，我们采用两种经过基因改造的光控大肠杆菌。他们的游动速度可以通过外部光照调节，从而系统可在两相之间转变。相变的过程类似于平衡态系统中的成核过程。我们定义孵化时间为系统中出现临界核所需要的时间，并且测量了相变的孵化时间与细菌浓度、游动速度和活性细菌比例的关系。本研究为建立活性物质的成核过程理论建立了基础，并为控制活性物质相变过程提供了依据。