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ぬのろう运动

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模擬もぎてきだい顆粒かりゅう塵埃じんあい粒子りゅうし碰撞到さらしょうてき粒子りゅうし,而其以不同ふどうてき速度そくどざい不同ふどう方向ほうこう移動いどうてきぬのろう運動うんどう
粒子りゅうしてき立體りったい空間くうかん進行しんこうぬのろう運動うんどうてきしめせ意圖いと

ぬのろう运动英語えいごBrownian motion微小びしょう粒子りゅうしあるもの颗粒ざい流体りゅうたいちゅう做的无规则运动。ぬのろう运动过程いちせい分布ぶんぷてき独立どくりつ增量ぞうりょう连续ずいつくえ过程。它是ずいつくえ分析ぶんせきちゅう基本きほん概念がいねんいち。其基本性ほんしょう质为:ぬのろう运动W(t)もち为0、かた为t(时间)てきせい态随つくえ变量。对于任意にんいてきrしょう于等于s,W(t)-W(s)独立どくりつ于的W(r),且是もち为0、かた为t-sてきせい态随つくえ变量。以证あかりぬのろう运动马尔おっと过程鞅过ほど伊藤いとう过程

它是ざい西元にしもと1827ねん[1]英國えいこく植物しょくぶつがく罗伯とく·ぬのろう利用りよう一般いっぱんてき顯微鏡けんびきょう觀察かんさつかか浮於水中すいちゅうゆかり花粉かふんところほとばしきれ微粒びりゅう發現はつげん微粒びりゅうかいていげん不規則ふきそくじょうてき運動うんどういん而稱它布ろう運動うんどうぬのろう運動うんどう也能測量そくりょう原子げんしてき大小だいしょういんため就是ゆかりみずなかてき水分すいぶんたい微粒びりゅうてき碰撞さんせいてき,而不規則きそくてき碰撞こしあきらあきら,就是原子げんしいよいよしょういん根據こんきょぬのろう運動うんどう定義ていぎ原子げんしてき直徑ちょっけいため10-8りんまい

定義ていぎ[编辑]

1860ねん以來いらい許多きょた科學かがくざい研究けんきゅう此種現象げんしょう後來こうらい發現はつげんぬのろう運動うんどうゆうれつてき主要しゅよう特性とくせい[2]

  1. 粒子りゅうしてき運動うんどうよしひらうつり轉移てんいところ構成こうせいあらわどく非常ひじょうぼつ規則きそく而且其軌あといく乎是處處しょしょぼつゆう切線せっせん
  2. 粒子りゅうし移動いどう顯然けんぜん互不相關そうかん,甚至於當粒子りゅうし互相接近せっきんいたり直徑ちょっけいしょうてき距離きょり也是如此。
  3. 粒子りゅうしえつしょうある液體えきたい粘性ねんせいこしていある溫度おんどえつだか粒子りゅうしてき運動うんどうえつかつ潑。
  4. 粒子りゅうしてき成分せいぶん密度みつどたい運動うんどうぼつゆう影響えいきょう
  5. 粒子りゅうしてき運動うんどうなが停止ていし

あいいん斯坦てき理論りろん[编辑]

ざい1905ねん爱因斯坦提出ていしゅつりょうしょう关理论。てき理論りろんゆう兩個りゃんこ部分ぶぶんだい一部分定義布朗粒子擴散方程式,其中てき擴散かくさん係數けいすうあずかぬのろう粒子りゅうし平均へいきん平方へいほううつり相關そうかん,而第二部分連結擴散係數與可測量的物理量。以此方式ほうしきあいいん斯坦てき理論りろん決定けってい原子げんしてき大小だいしょういち莫耳ゆう多少たしょう原子げんしある氣體きたいてきかつ分子ぶんしりょう根據こんきょおもねふくとぎとく定律ていりつ所有しょゆう理想りそう氣體きたいざい標準ひょうじゅん溫度おんど壓力あつりょく體積たいせきため22.414しょう,其中包含ほうがんてき原子げんしてきすうもくしょうためおもねふくとぎとく罗常すう」。よし氣體きたいてき莫耳質量しつりょうじょ以阿ふくとぎとく罗常数等すうとうどう原子げんしりょう

爱因斯坦论证てきだいいち部分ぶぶん,确定ぬのろう粒子りゅうしざい一定的时间内运动的距离。[3][らいみなもと請求せいきゅう] 经典力学りきがく无法确定这个距离,いん为布ろう粒子りゅうししょうかい受到大量たいりょうてき撞击,每秒まいびょうだい约发せい 1014 撞击。[4] いん此,爱因斯坦将之まさゆき简化,そく讨论一个布朗粒子团的运动[らいみなもと請求せいきゅう]

粒子りゅうしざい一个的空间中,ぬのろう粒子りゅうしざい一维方向上的运动增量 (x) 视作一个随机值( あるもの x,并对其坐标进ぎょう变换,让原てんなり粒子りゅうし运动てきはつはじめ位置いち)并给がいりつ密度みつど函数かんすう 。另外,かり粒子りゅうしてき数量すうりょう有限ゆうげん,并扩だいりょう密度みつど(单位たい积内粒子りゅうし数量すうりょう),てん开成たい勒级すう

だい一行中的第二个等式是被 这个函数かんすうてい义的。だい一项中的积分等于一个由概率定义函数,だい二项和其他偶数项(そくだい一项和其他奇数项)ゆかり于空间对しょうせい消失しょうしつ简可以得いた以下いか关系关系:

ひしげひろしひしげ斯算まえてきけいすう一刻的随机位移量 ,让 D 为质りょう扩散けいすう

么在 t 时刻 x 处的ぬのろう粒子りゅうし密度みつど ρろー 满足扩散かたほど

假設かせつざいはつはじめ時刻じこくt = 0所有しょゆうてき粒子りゅうししたがえ原點げんてん開始かいし運動うんどう擴散かくさんかたほどてきかい

数学すうがく模型もけい[编辑]

てい[编辑]

满足れつ条件じょうけんてきわが们称为布ろう运动

  1. 这个鞅是关于时间连续てき
  2. てき平方へいほう减去时间项也いち个鞅。

一个布朗运动当且仅当为鞅,且也为鞅.

其他てい[编辑]

3000てき2维布ろう运动てき拟。
1000てき3维布ろう运动拟。

一维的定义

一维布朗运动关于时间tてき一个随机过程,满足 :

  1. 独立どくりつ增量ぞうりょう)设时间ts满足t > s,增量ぞうりょう独立どくりつ于时间sまえてき过程
  2. (稳定增量ぞうりょう和正かずまさ态性)设时间ts满足t > s,增量ぞうりょうふく从均值为0ぽうtsてきせい分布ぶんぷ
  3. 几乎处处连续, 也就在任ざいにんなん可能かのうせい函数かんすう连续てき.
  4. 通常つうじょうかり。这种ぬのろう运动わが们称它为标准てき

とう价定义

一维布朗运动关于时间tてき一个随机过程,满足 :

  1. いちこう斯过ほど,也就说对于所有しょゆうてき时间れつ,ずいつくえむこうりょうふく从高维高斯分布ぶんぷせい分布ぶんぷ)。
  2. 几乎处处连续。
  3. 对于所有しょゆうst,ひとし协方.

こう维定义

これd维布ろう运动,ただ需满あし独立どくりつてきぬのろう运动。

换句话说,d维布ろう运动 值于,而它ざいそら间上てき投影とうえいひとし为布ろう运动。

Wiener测度てきてい

为从いたてき连续函数かんすうそら间,为概りつそら间。ぬのろう运动为映しゃ

          .

Wiener测度 (あるしょう为布ろう运动てき分布ぶんぷ)设为,うつB关于てき图测

换句话说, Wこれうえてきいち个概りつ测度,满足对于にんなにゆう

备忘

  • ぬのろう运动一种增量服从正态分布的萊維過程かてい
  • 这个てい义可以帮すけわが们证あかりぬのろう运动てき很多特性とくせい如几乎处处连续,轨迹几乎处处不可ふかほろとうとう
  • わが们可以利用りよう二次变差的期望为时间来等价定义布朗运动。这个てい义由Levy定理ていりえんじ而来, そく: 轨迹连续且变差为てきずいつくえ过程为布ろう运动。

せい[编辑]

  • ぬのろう运动てき轨道几乎处处不可ふかほろ:对于にんなに,轨道为一个连续但是零可微的函数。
  • 协方
  • ぬのろう运动具有ぐゆうつよ马氏せい: 对于とまT,条件じょうけん,过程为一个独立どくりつてきぬのろう运动。
  • 它的Fourier变换あるとくせい函数かんすう见,ぬのろう运动いち个无へん,无跳跃,二项系数为1/2てきLevy过程。
  • ぬのろう运动关于时间齐次てき: 对于s > 0, いち独立どくりつてきぬのろう运动。
  • -B一个布朗运动。
  • (稳定せい) 对于c > 0, ぬのろう运动。
  • (时间可逆かぎゃくせいざいt=0これがいぬのろう运动。
  • つねかえしせいただゆう1维和2维布ろう运动つねかえしてき
      如果,集合しゅうごう有界ゆうかいてき,对于にんなに
      如果(几乎处处)。
  • 反射はんしゃ原理げんり

ぬのろう运动てき数学すうがく构造[编辑]

利用りようKolmogorov一致いっちせい定理ていり[编辑]

そら间中いちれつ实值函数かんすう。设:

这列函数かんすう满足:

任意にんいてき,のり为对たたえはんせいじょうてき

利用りようKolmogorov一致いっちせい定理ていりわが们可以构づくりだか斯过ほど,它的ひとし任意にんい, 协方为上めんてい义的

とう为不赖于tてき常数じょうすううえてきしめせせい函数かんすう。则:

ざい这个じょう况下,のり对称且正じょうてき

わが们称一个高斯过程为 ぬのろう运动とう且仅とうひとし值为0,协方为s。とう时, しょう标准てきぬのろう运动.

利用りようずいつくえ过程[编辑]

Donsker定理ていり(1951)证明りょう逐渐归一化的随机游走弱收敛于布朗运动。

其中(Un, n ≥ 1) 独立どくりつどう分布ぶんぷひとし值为0,かたσしぐまてきずいつくえ变量序列じょれつ

利用りようでんたてかのう级数[编辑]

设2れつ独立どくりつてきせいずいつくえ变量序列じょれつてい

为布ろう运动。

そう[编辑]

たい於布ろう運動うんどう誤解ごかい[编辑]

值得注意ちゅういてきぬのろう运动ゆびてき花粉かふん迸出へいしゅつてき微粒びりゅうてきずいつくえ运动,而不分子ぶんしてきずいつくえ运动。ただしどおり过布ろう运动てき现象以间せっ证明分子ぶんしてき无规则运动。[らいみなもと請求せいきゅう]

一般いっぱん而言,花粉かふんこれ直徑ちょっけい分布ぶんぷ於30~50μみゅーm最小さいしょうまたゆう10μみゅーmそう較之水分すいぶん直徑ちょっけいやく0.3nm球形きゅうけい部位ぶい而有些許差異さい。),りゃくため花粉かふんてきじゅうまんふんいちよし此,花粉かふんなん以產せい不規則ふきそく振動しんどう事實じじつじょう花粉かふんいく乎不受布ろう運動うんどう影響えいきょうざい罗伯とく·ぬのろうまとしゅ稿こうちゅう,「tiny particles from the pollen grains of flowers」意味いみちょ花粉かふんつぶちゅう迸出へいしゅつ微粒子びりゅうし」,而非ゆび花粉かふん本身ほんみしか而在翻譯ほんやくため諸國しょこくげんつね受到誤解ごかい,以為水中すいちゅうてき花粉かふん受布ろう運動うんどう而呈げん不規則ふきそく運動うんどう」。せきなりしたざいだい一般いっぱん觀念かんねんちゅう,此誤かい已然いぜん根深ねぶか蒂固。[らいみなもと請求せいきゅう]

花粉かふん具備ぐびあし夠大しょういく乎無ほう觀測かんそくいたぬのろう運動うんどう

ざい日本にっぽん,以鶴田つるた憲次けんじ物理ぶつりがくくさむらばなしため濫觴らんしょう岩波書店いわなみしょてん岩波いわなみ理科りか辞典じてん[5]花輪はなわ重雄しげお物理ぶつりがく読本とくほん』、湯川ゆかわ秀樹ひでき素粒子そりゅうし』、坂田さかた昌一しょういち物理ぶつり学原がくばらろんうえ)』、平凡社へいぼんしゃ理科りか辞典じてん』、福岡ふくおか伸一しんいちちょ生物せいぶつあずか生物せいぶつあいだ』,甚至日本にっぽんてき理科りかほんとうとうみなていげん錯誤さくご敘述。[らいみなもと請求せいきゅう]

ちょくいた1973ねん横浜市立大学よこはましりつだいがく名誉めいよ教授きょうじゅ植物しょくぶつがくもの岩波いわなみ洋造ようぞうざい著書ちょしょ植物しょくぶつSEX‐不為ふためじん知的ちてきせい世界せかいちゅうてん誤謬ごびゅうまえ鮮少せんしょう有人ゆうじん注意ちゅうい国立こくりつ教育きょういく研究所けんきゅうじょ物理ぶつり研究けんきゅう室長しつちょう板倉いたくらきよしせんざい參與さんよ製作せいさく岩波いわなみでんかげ『迴動粒子りゅうし』(1970ねん實際じっさいかげ漂浮ざい水中すいちゅう花粉かふん,卻發現はつげん花粉かふん完全かんぜんぼつゆうぬのろう運動うんどうとげ於1975ねん3がつ,以「そと行人こうじんあずかせんあいだためだい解說かいせつゆうせきぬのろう運動うんどうあやまかい[らいみなもと請求せいきゅう]


まいり[编辑]

腳註[编辑]

  1. ^ 部分ぶぶんろくため1828ねん
  2. ^ いくよしみ. 漫談まんだんぬのろう運動うんどう. [2012-12-14]. (原始げんし内容ないようそん于2019-07-18). 
  3. ^ BROWNIAN MOTION. : 5. 
  4. ^ Feynman, R. The Brownian Movement. The Feynman Lectures of Physics, Volume I. 1964: 41-1 [2018-02-05]. (原始げんし内容ないようそん于2021-02-14). 
  5. ^ 辭典じてんやめ於1987ねんしょ發行はっこうだいよんはんちゅう修正しゅうせい

外部がいぶ連結れんけつ[编辑]