熱力学の等温過程において熱平衡状態では粒子の速度分布はMaxwell-Boltzmann分布に収束することが知られている。では、もう一つの主要な過程である断熱過程の場合どうだろうか? 断熱過程では系に対し仕事を介してエネルギーのやりとりを行っており、仕事の場合はその与え方で系の振る舞いが大きく変わってしまう[1]。
そこで、仕事として力学的な作用を選ぶ。体積一定における駆動容器中の粒子の速度分布が普遍的性質をもつことが示された[2]。しかし、これで得られた速度分布には独立粒子近似が用いられており、粒子同士の相互作用が考慮されていない。粒子同士の相互作用がある場合、非駆動容器においてはMaxwell-Boltzmann分布に収束することは前述の通りである。
そこで、粒子同士の相互作用があり、かつ、駆動系の場合、粒子の速度分布が駆動分布を示すのか、Maxwell-Boltzmann分布を示すのか、MD(Molecular Dynamics)シミュレーションにより測定した。また、どのような条件の時にそれらのような分布を示すのかを考察する。
[1] Guy Bunin, Luca D'Alessio, Yariv Kafri and Anatoli Polkovnikov Nature
Phys. 7, 913-917 (2011)
[2] C. Jarzynski and W.J. Swiatecki Nucl. Phys.A 552, 1-9 (1993)