活性物质指由自驱动单元组成的物质，它们可以从外界摄取能量推动自身向前运动，常见的例子包括鸟群、细菌和分子马达等。这类系统远离热力学平衡态，表现出特殊的自组织结构和运动规律。这里我们以大肠杆菌为模型系统研究在活性流体中粒子的扩散规律和活性物质的集体运动的涌现动力学。我们发现椭球粒子在高浓度的细菌流体中沿短轴比沿长轴扩散更快，与平衡态中的布朗运动有定性区别，表明能均分定理在活性系统中失效。平均场模型进一步揭示了细菌的流场改变了椭球平动与转动的耦合。此外，我们研究细菌在三维空间集体运动-即细菌湍流-的涌现。在实验上我们得到了细菌运动随细菌浓度、运动速度和活性比例的相图，结合理论证实了细菌湍流的产生由流体力学相互作用决定。利用经过基因改造的光控细菌，我们研究细菌湍流的涌现动力学，发现了两种“相变”路径，其中长波不稳定性起到了关键作用。上述研究增加了我们对生物活性物质中运动规律的理解。