存在拖曳和扩散项时,福克-普朗克方程的一个一维解。初始状态为远离零速度的δ函数,随机冲击使其分布逐渐变宽
福克-普朗克方程 (Fokker–Planck equation )描述粒子 在位能場中受到隨機 力後,隨時間演化的位置 或是速度 的分布函數 [ 1] 。此方程式以荷蘭 物理 學家阿德里安·福克 [ 2] 與馬克斯·普朗克 [ 3] 的姓氏來命名。
一維 x 方向上,福克-普朗克方程有兩個參數,一是拖曳參數 D 1 (x ,t ),另一是擴散 D 2 (x ,t )
∂ ∂ -->
∂ ∂ -->
t
f
(
x
,
t
)
=
− − -->
∂ ∂ -->
∂ ∂ -->
x
[
D
1
(
x
,
t
)
f
(
x
,
t
)
]
+
∂ ∂ -->
2
∂ ∂ -->
x
2
[
D
2
(
x
,
t
)
f
(
x
,
t
)
]
.
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}f(x,t)=-{\frac {\partial }{\partial x}}\left[D_{1}(x,t)f(x,t)\right]+{\frac {\partial ^{2}}{\partial x^{2}}}\left[D_{2}(x,t)f(x,t)\right].}
在
N
{\displaystyle N}
維空間中的福克-普朗克方程是
∂ ∂ -->
f
∂ ∂ -->
t
=
− − -->
∑ ∑ -->
i
=
1
N
∂ ∂ -->
∂ ∂ -->
x
i
[
D
i
1
(
x
1
,
… … -->
,
x
N
)
f
]
+
∑ ∑ -->
i
=
1
N
∑ ∑ -->
j
=
1
N
∂ ∂ -->
2
∂ ∂ -->
x
i
∂ ∂ -->
x
j
[
D
i
j
2
(
x
1
,
… … -->
,
x
N
)
f
]
,
{\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial t}}=-\sum _{i=1}^{N}{\frac {\partial }{\partial x_{i}}}\left[D_{i}^{1}(x_{1},\ldots ,x_{N})f\right]+\sum _{i=1}^{N}\sum _{j=1}^{N}{\frac {\partial ^{2}}{\partial x_{i}\,\partial x_{j}}}\left[D_{ij}^{2}(x_{1},\ldots ,x_{N})f\right],}
x
i
{\displaystyle x_{i}}
是第
i
{\displaystyle i}
維度的位置,此時
D
1
{\displaystyle D^{1}}
為拖曳向量 ,
D
2
{\displaystyle D^{2}}
為擴散 張量 。
其他
∂ ∂ -->
P
∂ ∂ -->
t
=
∇ ∇ -->
⋅ ⋅ -->
(
P
∇ ∇ -->
V
)
+
D
∇ ∇ -->
2
P
{\displaystyle {\frac {\partial P}{\partial t}}=\nabla \cdot (P\nabla V)+D\nabla ^{2}P}
若V=0,则福克-普朗克方程成为布朗运动
∂ ∂ -->
P
∂ ∂ -->
t
=
D
∇ ∇ -->
2
P
{\displaystyle {\frac {\partial P}{\partial t}}=D\nabla ^{2}P}
與隨機方程式的關係
福克-普朗克方程可以用來計算隨機過程 裡隨機微分方程式 中分布函數 的解。
一個受隨機 力的古典粒子,經由朗之萬方程式 可以得到福克-普朗克方程。另外再藉由福克-普朗克方程也可推導薛丁格方程式 [ 4] 。
參考資料
^ Leo P. Kadanoff. Statistical Physics: statics, dynamics and renormalization . World Scientific. 2000. ISBN 9810237642 .
^ A. D. Fokker, Die mittlere Energie rotierender elektrischer Dipole im Strahlungsfeld , Ann. Phys. 348 (4. Folge 43), 810–820 (1914).
^ M. Planck, Sitz.ber. Preuß. Akad. (1917).
^ Edward Nelson ,"Derivation of the Schrödinger Equation from Newtonian Mechanics",Phys. Rev. 150, 1079–1085 (1966)
相關條目
延伸閱讀
外部連結