Безмассовая броуновская частица Уравнение Ланжевена и FDT

Учитывая уравнение Ланжевена безмассовой броуновской частицы:

γ Икс ˙ "=" η ,

где γ - коэффициент трения и η шум ( η "=" 0 и η ( т ) η ( с ) "=" 2 к Б Т γ дельта ( т с ) ), я хочу найти корреляцию С ( т , с ) "=" Икс ( т ) Икс ( с ) и функция отклика г ( т , с ) "=" дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) .

Я нахожу это, так как Икс ( т ) "=" 0 т в ( с ) г с ( Икс 0 "=" 0 для простоты),

С ( т , с ) "=" 1 γ 2 0 т г ты 0 с г в η ( ты ) η ( в ) "=" 1 γ 0 с 0 с г ты г в 2 к Б Т дельта ( ты в ) "=" 2 к Б Т γ с ,

где я считал т > с .

Я нахожу также из уравнения Ланжевена,

дельта дельта η ( с ) γ Икс ( т ) т "=" дельта η ( т ) дельта η ( с ) "=" дельта ( т с ) ,

затем

с ϵ с + ϵ т дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) г т "=" с ϵ с + ϵ 1 γ дельта ( т с ) "=" 1 γ

и

дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) | т с + "=" 1 γ и дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) | т с "=" 0 (по причинно-следственной связи) .

Следовательно, в разрыве я выбираю половину значения для положительного с : 1 2 γ .

Затем

г ( т , с ) "=" 1 2 γ "=" 1 2 γ .

Теперь я хочу проверить теорему о флуктуации-диссипации, которая, как я полагаю, в данном случае гласит:

с С ( т , с ) "=" к Б Т г ( т , с ) .

Очевидно, проблема в том, что с С ( т , с ) "=" 2 к Б Т γ , пока к Б Т г ( т , с ) "=" к Б Т 2 γ .

Я делаю что-то неправильно? Разве это не странно, что С ( т , с ) не зависит от т ? Разве не должна выполняться теорема о флуктуации-диссипации?

Ответы (1)

Давайте воспользуемся определением η ( с ) η ( т ) "=" Г γ 2 дельта ( т с ) . Прежде всего, С ( с , т ) зависит от т потому что

С ( с , т ) "=" Г мин ( с , т ) .

Из причинно-следственной связи ясно, что дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) "=" 0 если т < с . Если т > с , вычислить разницу дельта Икс ( т ) вызвано двумя реализациями шума, отличающимися только во времени с на сумму дельта η . Это значит, что дельта η ( т ) "=" дельта η дельта ( т с ) . Тогда у вас есть

дельта Икс т "=" γ 1 дельта η дельта ( т с )
и поэтому дельта Икс ( т ) "=" γ 1 дельта η для т > с , Который означает, что
дельта Икс ( т ) дельта η ( с ) "=" 1 γ Θ ( т с ) .

Теперь мы вычисляем

С с ( с , т ) "=" Г Θ ( т с ) .
Таким образом, это согласуется с теоремой о флуктуации-диссипации, если
Г "=" 1 γ или η ( с ) η ( т ) "=" γ дельта ( т с ) .

Значение Г что вы предложили, 2 к Б Т γ , здесь не имеет смысла, так как частица не имеет ни массы, ни кинетической энергии и, следовательно, термализация для нее невозможна.

Понятно. я неявно использовал 1 2 м в 2 "=" 1 2 к Б Т . Но не η ( т ) η ( с ) "=" γ дельта ( т с ) быть неправильным, размерно говоря?
Ок, работает с Г "=" к Б Т 2 γ , используя соглашение о половинном максимуме для Θ функция.