数値的時間粗視化による非平衡系の確率的運動方程式の探索
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22K13975
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
伊丹 將人 京都大学, 理学研究科, 特定助教 (00779184)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 統計物理学 / 大偏差理論 / 特異摂動法 / ランジュバン方程式 / 非平衡 / ゆらぎ / 粗視化 |
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| Outline of Research at the Start |
非平衡統計力学の知見を駆使しても温度勾配下の分子の輸送方向を予見することは難しく、温度勾配下の分子の運動を有効的に記述する方法も確立していない。そこで、まずは非平衡環境下の粒子の確率的な運動を記述する方程式を数値的な時間粗視化によって同定する手法を開発する。次に、開発した手法を用いて、温度勾配下で分子の輸送方向が異なる２つのシンプルな系を解析し、熱流に誘起されて分子に働く力の理解を深める。最後に、数値シミュレーションを用いることで現実に近い系に対して理論を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
平衡系でのランジュバン方程式の粗視化について考えるための例題として、周期ポテンシャル中の1次元ブラウン運動に関する研究を行った。ポテンシャルを乗り越える典型的な時間よりも十分長い時間スケールで運動を観察すると、ポテンシャルの寄与はならされ、ブラウン運動は有効拡散係数をもつ単純なランジュバン方程式で記述されると期待できる。既存の粗視化手法である特異摂動法を用いることで、実際にそのような粗視化されたランジュバン方程式を導くことができ、有効拡散係数の表式も得られる。長時間変位に着目すると、元の方程式と粗視化されたランジュバン方程式で、長時間変位の1次キュムラントと2次キュムラントは一致していることが確かめられた。今回用いたモデルは単純なモデルであり、長時間変位の高次キュムラントも解析的に計算することができるため、4次キュムラントも具体的に計算した結果、元のモデルでは一般的には0にならないことが示せる一方で、粗視化したランジュバン方程式では必ず0になることが示せた。つまり、非常に単純なモデルでも、標準的な手法で粗視化を行うと、長時間での統計的な振る舞いが元と異なることを発見した。そこで、長時間での統計的な振る舞いが一致する粗視化されたランジュバン方程式の形を予想し、この予想が正しければ粗視化されたランジュバン方程式の応答を測定をするだけで、長時間平均速度の大偏差関数を求めることができることを明らかにした。
1次元1粒子の非平衡系において、長時間平均量の統計性が素朴な中心極限定理に従わないことがあることを発見し、様々な状況下でゆらぎの具体的な表式を導いた。また、多粒子系の数値計算を行い、1粒子系と同様な結果は特殊な状況下でのみ得られることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
粗視化した系での時間発展方程式を求める問題は、平衡状態の1次元1粒子系でも非常に難しいということが明らかになり、当初予定していたよりも研究は進まなかった。しかし、新しい予想を1つ提案することができ、大偏差関数の測定可能性に関して予想外の進展があった。これらを総合的に鑑みて、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しく提案した予想が正しいことを数値的に検証する。また、セミマクロな系を記述する粗視化された時間発展方程式として、ゆらぐ流体方程式の理解を深めることも重要だと考えるようになったので、ゆらぐ流体方程式がどのようなスケールから正しく現象を記述できるようになるのかという問題にも取り組む予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
