Ecuación de Langevin de partículas brownianas sin masa y FDT

Dada la ecuación de Langevin de una partícula browniana sin masa:

γ X ˙ = η ,

dónde γ es el coeficiente de fricción y η el ruido ( η = 0 y η ( t ) η ( s ) = 2 k B T γ d ( t s ) ), quiero encontrar la correlación C ( t , s ) = X ( t ) X ( s ) y la función de respuesta GRAMO ( t , s ) = d X ( t ) d η ( s ) .

Encuentro que, desde X ( t ) = 0 t v ( s ) d s ( X 0 = 0 por simplicidad),

C ( t , s ) = 1 γ 2 0 t d tu 0 s d v η ( tu ) η ( v ) = 1 γ 0 s 0 s d tu d v 2 k B T d ( tu v ) = 2 k B T γ s ,

donde consideré t > s .

También encuentro, de la ecuación de Langevin,

d d η ( s ) γ X ( t ) t = d η ( t ) d η ( s ) = d ( t s ) ,

entonces

s ϵ s + ϵ t d X ( t ) d η ( s ) d t = s ϵ s + ϵ 1 γ d ( t s ) = 1 γ

y

d X ( t ) d η ( s ) | t s + = 1 γ y d X ( t ) d η ( s ) | t s = 0 (por causalidad) .

Por lo tanto, en la discontinuidad elijo la mitad del valor para positivo s : 1 2 γ .

Entonces

GRAMO ( t , s ) = 1 2 γ = 1 2 γ .

Ahora quiero verificar el teorema de disipación de fluctuación, que en este caso creo que dice

s C ( t , s ) = k B T GRAMO ( t , s ) .

Evidentemente, el problema es que s C ( t , s ) = 2 k B T γ , mientras k B T GRAMO ( t , s ) = k B T 2 γ .

¿Estoy haciendo algo mal? ¿No es raro que C ( t , s ) no depende de t ? ¿No debería satisfacerse el teorema de disipación de fluctuación?

Respuestas (1)

Usemos la definición η ( s ) η ( t ) = Γ γ 2 d ( t s ) . En primer lugar, C ( s , t ) depende de t porque

C ( s , t ) = Γ min ( s , t ) .

Es claro, por causalidad, que d X ( t ) d η ( s ) = 0 si t < s . Si t > s , calcula la diferencia d X ( t ) causado por dos realizaciones de ruido que difieren solo en el tiempo s por una cantidad d η . Esto significa que d η ( t ) = d η d ( t s ) . Entonces tiene

d X t = γ 1 d η d ( t s )
y por lo tanto d X ( t ) = γ 1 d η para t > s , Lo que significa que
d X ( t ) d η ( s ) = 1 γ Θ ( t s ) .

Ahora calculamos

C s ( s , t ) = Γ Θ ( t s ) .
Así que esto está de acuerdo con el teorema de fluctuación-disipación si
Γ = 1 γ o η ( s ) η ( t ) = γ d ( t s ) .

El valor de Γ que te propusiste, 2 k B T γ , no tiene ningún significado aquí, ya que la partícula no tiene masa, no tiene energía cinética y, por lo tanto, es imposible que se termalice.

Entiendo. Implícitamente usé 1 2 metro v 2 = 1 2 k B T . pero no lo haría η ( t ) η ( s ) = γ d ( t s ) estar equivocado, dimensionalmente hablando?
bien, funciona con Γ = k B T 2 γ , utilizando la convención de la mitad del máximo para la Θ función.