主方程

✍ dations ◷ 2025-04-26 12:43:52 #统计力学,随机过程,方程,基本物理概念

在物理和化学及相关领域,主方程(Master equation)被用来描述特定的系统。这种系统可以被建模成在任何时间下都处于多个态的概率叠加状态,并且态之间的切换由转换概率矩阵(transition rate matrix)决定。该方程由一组含时微分方程组成,描述系统对不同态的占据情况随时间的变化。

主方程是唯象的一阶微分方程,用于描述系统随连续变量(时间)占据各离散态的概率。一般以矩阵的形式出现:

其中 P {\displaystyle {\vec {P}}} 代表, A {\displaystyle \mathbf {A} } 跃迁时间的概率密度函数为 指数函数)。当连接状况随时间变化时,(也就是矩阵 A {\displaystyle \mathbf {A} } 代表行,第二个下标 {\displaystyle \ell } 代表目标。对于下标的规定出于简化计算的需要。

对于每个态,增加占据该态的概率需要来自所有其他态的贡献:

其中 P {\displaystyle P_{\ell }} = 项的形式。这样的话即使 A {\displaystyle \mathbf {A} } 和 有平衡态概率 π k {\displaystyle \pi _{k}} π {\displaystyle \pi _{\ell }} ,有:

则主方程会呈现细致平衡(Detailed_balance(英语:detailed balance) )的特征。

这些对称关系在微观动力学下由时间可逆性(Time_reversibility(英语:time reversibility) )证明,即微观可逆性(Microscopic_reversibility(英语:microscopic reversibility)),也被称为昂萨格倒易关系(Onsager_reciprocal_relations(英语:Onsager reciprocal relations))。

经典和量子力学中许多问题,以及其他科学学科中的部分问题,都可以被简化为主方程这一数学模型的形式。

量子力学中的林德布拉德方程(Lindblad_equation(英语:Lindblad equation))是对主方程的延申,其描述了密度矩阵的时间演化。尽管林德布拉德方程也常被称为主方程,但并不是严格意义上的。原因在于,它不仅描述了概率(密度矩阵的对角元)的时间演化,也包括了态之间的量子相干性的信息(密度矩阵的非对角元)。

主方程另一个特殊的例子是福克-普朗克方程(Fokker-Planck_equation(英语:Fokker-Planck equation) )。该方程描述了连续概率分布的时间演化。难以解析分析的复杂主方程都可以通过近似方法(例如 System_size_expansion(英语:system size expansion))归入此形式。

随机化学动力学是主方程的另一个例子。化学主方程被用于对一组化学反应进行建模,其中要求体系中一种或多种物种的分子数要足够少(量级在100到1000个分子)。

量子主方程是对主方程这一概念的推广。狭义上的主方程只包含对应一组概率的一组微分方程(只涉及密度矩阵的对角元),量子主方程则包括了整个概率矩阵,包括非对角元。只包含对角元的概率矩阵可以被建模为经典随机过程,因此“一般的”主方程被认为是经典的。非对角元代表了量子相干性这种量子力学的内禀特性。

Redfield_equation(英语:Redfield equation) 和林德布拉德方程均是近似量子主方程,一般遵循马尔可夫过程。对于特定情况的,更精确的量子主方程,包括Polaron(英语:polaron) transformed quantum master equation 和VPQME (variational polaron transformed quantum master equation)。

相关

  • 中耳中耳是耳的一个解剖结构,在层次上位于外耳和内耳之间。中耳的主要结构是鼓膜eardrum(亦称“耳膜”)和听骨链ossicles由三个听小骨构成。骨膜和听骨链形成一个力学系统,其功能是
  • 神圣罗马帝国神圣罗马帝国(德语:Heiliges Römisches Reich;拉丁语:Sacrum Romanum Imperium),1512年以后的全称为德意志民族神圣罗马帝国或日耳曼民族神圣罗马帝国(德语:Heiliges Römisches Re
  • 花纹爱洁蟹花纹爱洁蟹(学名:Atergatis floridus)为扇蟹科熟若蟹亚科爱洁蟹属的动物。分布于日本、夏威夷、塔希提岛、土阿莫土群岛、社会群岛、斐济、马绍尔群岛、吉尔伯特群岛、加罗林岛
  • 管道管道运输(英语:Pipeline transport)是一种以管道输送货物的方法,而货物通常是液体和气体。有时候,气动管(pneumatic tube)也可以做到类似工作,以压缩气体输送固体舱,而内里装着货物
  • 池田屋事件池田屋事件(日语:池田屋事件/いけだやじけん Ikedaya-jiken)是日本江户时代后期的1864年7月8日(元治元年旧历六月五日)在京都发生的一宗政治袭击事件。池田屋是京都三条小桥的一
  • 八大戏剧台八大戏剧台(又称:GTV戏剧台),是八大电视旗下的戏剧频道。
  • 天主教卡奥尔教区天主教卡奥尔教区(拉丁语:Dioecesis Ruthenensis、法语:Diocèse de Rodez)是法国一个罗马天主教教区,属图卢兹总教区。第一位主教见于506年的文献。教区位于洛特省,2006年有教友1
  • 宝拉-梅·维克斯宝拉-梅·维克斯(英语:Paula-Mae Weekes;1958年12月23日-),是特立尼达和多巴哥政治人物和现任总统。她在2018年3月19日就任,是该国首位女性总统。
  • 穆罕默德·埃萨姆穆罕默德·埃萨姆(Mohamed Essam,1994年12月6日-)是一名埃及击剑运动员,主攻花剑项目。他曾获得非洲运动会男子团体花剑冠军。
  • 持摄影机的人《持摄影机的人》(俄语:Человек с киноаппаратом,又译《手持摄影机的人》)是一部1929年实验的无声纪录片,由俄罗斯导演吉加·维尔托夫(Дзига Верт