23-10-2023
В статистической физике, уравнение Ланжевена — стохастическое дифференциальное уравнение, описывающее броуновское движение.
Первое уравнение, изученное Ланжевеном, описывало броуновское движение с постоянным потенциалом, то есть ускорение броуновской частицы массы выражается через сумму силы вязкого трения, которая пропорциональна скорости частицы (Закон Стокса), шумового члена (название, которое используется в физике для обозначения стохастического процесса в дифференциальном уравнении) — за счёт непрерывных соударений частицы с молекулами жидкости, и — систематической силы, возникающей при внутримомекулярных и межмолекулярных взаимодействиях:
Перепишем уравнение Ланжевена без внешних сил. Кроме того, без потери общности можно рассматривать только одну из координат.
Будем полагать, что случайная сила удовлетворяет следующим условиям:
где b — некоторая константа, которую мы определим позже, — дельта-функция Дирака. Угловыми скобками обозначено усреднение по времени. Это т. н. дельта-коррелированая случайная величина: её автокорреляционная функция равна дельта-функции. Такой случайный процесс также называется белым шумом.
Перепишем уравнение в терминах скорости:
где
Пусть в начальный момент времени частица имела скорость . Будем искать решение в виде: , тогда для получим следующее дифференциальное уравение:
В итоге, получаем искомое выражение для скорости:
Из него следуют два важных соотношения:
Преобразованием исходного выражения можно получить, что:
Откуда следует соотношение Эйнштейна:
где B — подвижность броуновской частицы.
Уравнение Ланжевена.