Fokker-Planck equation with memory: the cross over from ballistic to diffusive processes in many particle systems and incompressible media

Abstract

The unified description of diffusion processes that cross over from a ballistic behavior at short times to normal or anomalous diffusion (sub- or superdiffusion) at longer times is constructed on the basis of a non-Markovian generalization of the Fokker-Planck equation. The necessary non- Markovian kinetic coefficients are determined by the observable quantities (mean- and mean square displacements). Solutions of the non-Markovian equation describing diffusive processes in the physical space are obtained. For long times these solutions agree with the predictions of continuous random walk theory; they are however much superior at shorter times when the effect of the ballistic behavior is crucial.

На основi немаркiвського узагальнення рiвняння Фокера-Планка запропоновано пiдхiд до об’єднаного опису дифузiйних процесiв, який дозволяє розглядати як балiстичний режим на малих часах, так i аномальну (суб- або супер-) дифузiю на великих часових iнтервалах. Встановлено зв’язок немаркiвських кiнетичних коефiцiєнтiв зi спостережуваними величинами (середiми та середньоквадратичними змiщеннями). Отримано розв’язки, що описують дифузiйнi процеси у фiзичному просторi. Для великих часiв еволюцiї вони узгоджуються з результатами теорiї неперервних в часi випадкових блукань, а на малих часах описують балiстичну динамiку.