統計物理中的麥克斯韋速度分布率是否有嚴格的唯一性證明?

時間 2021-06-01 17:59:02

1樓:

證明很簡單:

採用題主給出的notation, .

固定y和z,對 求偏導數,

類似地,分別對y平方和z平方求偏導, 可以得到 和 , 於是同時除以 即得 . 觀察到這個等式最左邊只是x的函式, A(x,y,z) 不依賴於y或者z; 中間只是y的函式,A(x,y,z)不依賴於x或z。所以A(x,y,z)誰都不依賴,是個常數, .

Q.E.D.

2樓:居然熊貓

我想給個看似視角新穎但實則毫無卵用的看法。

對於乙個系統,在我們選擇合適的座標系後,粒子速度的期望應該是0(考慮對稱性)。同時,由於給定了系統總動能,事實上是給出了例子速度的二階原點矩(注意到期望為0,二階原點矩等於方差)。

在統計學習中,乙個很重要的概念叫最大熵原理。就是說在滿足給定的約束條件下,具有最大熵的分布包含了最多的資訊,於是我們會優先選擇具有最大熵的分布。

結合最大熵原理和粒子速度的兩個約束條件(期望和方差給定),通過拉格朗日乘子和變分法,我們可以得到粒子速度的最大熵分布就是高斯分布。(推導過程幾乎能在任何一本統計力學/機器學習書裡找到)

注:這裡並沒有專門區分玻爾茲曼熵和資訊熵,事實上二者只相差乙個玻爾茲曼常數與對數換底帶來的常數因子。

3樓:konglongdou

本來決定不再答題了,但這個問題實在不錯,還是答一下吧。

先上結論:在連續的前提下,是的。這就是唯一的解。

證明:首先,將問題轉化為「如果f(x)f(y)=f(x+y),那麼f(x)=e^kx」

令g(x)=ln(f(x)),那麼g(x)+g(y)=g(x+y)。令x=y=0,則得g(0)=0

設g(1)=k,那麼g(2)=g(1)+g(1)=2k,g(-1)=g(0)-g(1)=-k。同理可得對於x為整數,g(x)=kx。

然後又容易推出g(nx)=ng(x),n為整數,那麼現在可以把x的範圍推到有理數。

要推到無理數就只能靠區間套了……就是用左右的有理數不斷去逼近,然後有理數是稠密的,於是就有乙個極限╮(╯_╰)╭

現在證完了g(x)=kx,所以原命題證畢。

會問出這個問題,我猜題主是新概念物理的受害者……那本熱學不想用統計,又要推速度分布,就只能用這種奇奇怪怪的方式了。基本每個人看完這玩意都會有類似的疑問╮(╯_╰)╭

正統的推法可以看熱統,推薦汪志誠那本。基本思路是先把MB分布推出來,再把速度分布作為MB分布在速度空間的特例直接寫出。類似的還可以直接推出等溫大氣粒子分布,超級便捷~

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