Universit¨at Augsburg
Lehrstuhl f¨ur Theoretische Physik II Prof. Dr. Ulrich Eckern
Ubungen zur Transporttheorie / Statistische Physik II — SS 2009¨
Blatt 2
5. Die Langevin-Gleichung f¨ur einen ged¨ampften Oszillator ist gegeben durch m¨x+ηx˙ +kx= ˆξ(t),
wobei ˆξ(t) eine gaußverteilte stochastische Kraft ist, mit
hξ(t)iˆ = 0 ; hξ(t) ˆˆ ξ(t′)i=Q·K(t−t′)
und Q = 2ηkBT; die Gr¨oße D = kBT /η heißt Diffusionskonstante. Außerdem, im
”klassischen“ Grenzfall, K(t−t′) =δ(t−t′). Setzen Sie in dieser Aufgabe m≡0.
(a) Wie lautet die Fouriertransformierte,K(ω)? Finden Sie x(ω) und daraushx2i ≡ hx(t)x(t)i.
(b) Berechnen Sie hx(t)x(t′)iund h[x(t)−x(t′)]2i. Diskutieren Sie insbesondere den Spezialfall k= 0.
6. Analog Aufgabe 5, aber f¨ur m6= 0. Was ergibt sich f¨ur h[x(t)−x(t′)]2i im Grenzfall k →0? Diskutieren Sie das Ergebnis f¨ur kleine und große Zeiten.
7. Eine Verallgemeinerung der Langevin-Gleichung aus Aufgabe 5 erh¨alt man durch fol- gende Modifikation des Rauschspektrums:
K(ω) = ¯hω
2kBT coth ¯hω 2kBT . Die Gleichung heißt dann
”Quanten-Langevin-Gleichung“. In welchem Grenzfall ergibt sich das
”weiße“ Rauschen aus Aufgabe 5?
(a) Bestimmen SieK(t−t′) f¨ur T →0. F¨uhren Sie dazu eine Abschneidefrequenz ωc ein (ωc ≫ω0, ωc ≫γ, wobeiω02 =k/m, γ =η/m).
(b) Berechnen Sie hx2i f¨ur T → 0 und insbesondere f¨ur γ ≪ ω0 und γ ≫ ω0. Wie h¨angt hx2i im Grenzfall γ ≪ ω0 mit der Breite eines harmonischen Oszillators im Grundzustand zusammen?
(c) Diskutieren Sie mit diesen Ergebnissen die Frage: Welchen Einfluss hat D¨ampfung auf die Breite der Wellenfunktion eines quantenmechanischen Teilchens?
