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TU Berlin

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Statistische Physik im Nichtgleichgewicht

Wahlpflichtveranstaltung 3233 L 150 in winter term 2019/2020


Lectures:

Dr. Anna Zakharova,

Mo 12:00-14:00 EW 203 (first lecture on 14.10.2019)

We 10:00-12:00 EW 203

Tutorials (SAP number 3233 L 151):

Dr. Mohsen Khadem,

We 14:00-16:00 EW 229 (first tutorial on 23.10.2019)

Online registration for tutorials can be made using Moses system: https://moseskonto.tu-berlin.de/moseskonto until 16.10.2019 (until 18:00). A later registration is not possible.

When attending this course (lecture plus tutorial) 10 credit points (StuPO 2008)/ 10 credit points (StuPO 2018/19) within the ECTS system can be obtained. The course can be extended to a full elective subject (12 credit points) by additionally taking part in a Seminar or a special lecture course on theoretical physics (should be confirmed by the lecturer).
 
The course is suitable for physics students (BSc, MSc) and for Master students of natural science and engineering.
The subject of the lecture is the influence of fluctuations on self-organizing processes in physical, chemical and biological systems far away from thermodynamic equilibrium. In addition to an introduction to the theory of nonlinear stochastic processes (Langevin, Fokker-Planck and Master equations) the following topics will be addressed:



- Classical statistics in non-equilibrium



- Noise-induced oscillations and patterns



- Stochastic resonance



- Coherence resonance



- Stochastic effects in complex networks



- Synchronization in the presence of noise



The lectures will be given in English.
The course is especially suitable for Master students interested in theoretical research and those who want to do a master thesis in the field of statistical physics. The course addresses current research topics in the field of statistical physics and stochastic processes.

Literature
V. S. Anishchenko, V. Astakhov, A. B. Neiman, T. Vadivasova, and L. Schimansky-Geier, Nonlinear dynamics of chaotic and sto- chastic systems: tutorial and modern developments, Springer (2007).

J. L. Klimontovich, Statistical Theory of Open Systems, Volume 1: A Unified Approach to Kinetic Description of Processes in Active Systems. (Kluwer, New York, 1995).

P. Glansdorff, I. Prigogine, Thermodynamic theory of structure, stability and fluctuations. (Wiley, 1971).

W. Horsthemke, R. Lefever, Noise-Induced Transitions. Theory and Applications in Physics, Chemistry, and Biology. Springer, 1984.

H. Haken, Synergetik. Eine Einführung. Nichtgleichgewichtsphasenübergänge und Selbstorganisation in Physik, Chemie und Biolo- gie. (Springer, 1983; 3. korrigierte und erweiterte Auflage).

H. Haken, Cooperative phenomena in systems far from thermal equilibrium and in nonphysical systems, Reviews of Modern Phy- sics 47 (1), 67 - 121(1975). R.L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, I+II. (Gordon and Breach, 1965, 1967).

 

 

Deutsche Version

Wahlpflichtveranstaltung 3233 L 150 im Wintersemester 2019/2020

Vorlesung:

Dr. Anna Zakharova,

Mo 12:00-14:00 EW 203 (Beginn 14.10.2019)

Mi 10:00-12:00 EW 203

Übung (Veranstaltungsnr. 3233 L 151):

Dr. Mohsen Khadem, jebreiilkhadem@tu-berlin.de

Mi 14:00-16:00 EW 229 (Beginn 23.10.2019)

Online Anmeldung für die Übungen erfolgt über das Moseskontosystem bis zum 16.10.2019 (bis 18:00). Eine spätere Anmeldung ist nicht möglich.

Für diese Veranstaltung (Vorlesung plus Übung) werden 10 ECTS-Punkte (StuPO 2008) bzw. 10 ECTS-Punkte (StuPO 2018/19) gutgeschrieben. Die Veranstaltung ist erweiterbar zu einem vollen Wahlpflichtfach (12 ECTS-Punkte), indem zusätzlich an einem Seminar oder einer Spezialvorlesung aus der Theoretischen Physik teilgenommen wird (in Absprache mit dem Dozenten). 

Die Vorlesung ist für Physikstudierende (BSc, MSc) und für Masterstudierende in naturwissenschaftlichen und technischen Studiengängen geeignet.

Gegenstand der Vorlesung ist der Einfluss von Fluktuationen auf Selbstorganisationsprozesse in physikalischen, chemischen und biologischen Systemen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht. Neben einer Einführung in die Theorie nichtlinearer stochastischer Prozesse (Langevin-, Fokker-Planck- und Master-Gleichungen) werden u.a. folgende Themen behandelt:

- Klassische Statistik im Nichtgleichgewicht

- Rauschinduzierte Oszillationen und Muster

- Stochastische Resonanz

- Kohärenzresonanz

- Stochastische Effekte in komplexen Netzwerken

- Synchronization in Gegenwart von Rauschen

The lectures will be given in English

 

Verwendbarkeit: Vertiefungs-* oder Wahlpflichtmodul für theoretisch interessierte Studierende im Masterstudium, insbesondere solche, die auf dem Gebiet der Statistischen Physik eine Masterarbeit anfertigen wollen. Die Lehrveranstaltung führt an aktuelle Forschungsthemen auf dem Gebiet der Statistischen Physik heran.

* nur für Studierende nach StuPO 2008: Die Veranstaltung mit Vorlesung und Übung gilt als Vertiefungsfach „Statistische Physik im Nichtgleichgewicht“. Sie ist erweiterbar zu einem vollen Wahlpflichtfach, indem zusätzlich an einem Seminar oder einer Spezialvorlesung aus der Theoretischen Physik teilgenommen wird (in Absprache mit dem Dozenten).

Literatur

V. S. Anishchenko, V. Astakhov, A. B. Neiman, T. Vadivasova, and L. Schimansky-Geier, Nonlinear dynamics of chaotic and sto- chastic systems: tutorial and modern developments, Springer (2007)

J. L. Klimontovich, Statistical Theory of Open Systems, Volume 1: A Unified Approach to Kinetic Description of Processes in Active Systems. (Kluwer, New York, 1995)

P. Glansdorff, I. Prigogine, Thermodynamic theory of structure, stability and fluctuations. (Wiley, 1971).

W. Horsthemke, R. Lefever, Noise-Induced Transitions. Theory and Applications in Physics, Chemistry, and Biology. Springer, 1984.

H. Haken, Synergetik. Eine Einführung. Nichtgleichgewichtsphasenübergänge und Selbstorganisation in Physik, Chemie und Biolo- gie. (Springer, 1983; 3. korrigierte und erweiterte Auflage).

H. Haken, Cooperative phenomena in systems far from thermal equilibrium and in nonphysical systems, Reviews of Modern Phy- sics 47 (1), 67 - 121(1975).

R.L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, I+II. (Gordon and Breach, 1965, 1967).

Scheinkriterien

  • 50% der Punkte aus den Übungszetteln/Projekten (Abgabe in Dreiergruppen),
    aktive Teilnahme am Tutorium
  • Bearbeitung und Vorstellung eines Projektes (Projektvorstellung in der letzten Vorlesungswoche)

Die Scheine werden elektronisch an das Prüfungsamt übermittelt.

Hörer anderer Universitäten

Hörer anderer Universitäten beantragen bitte die Nebenhörerschaft, nähere Information gibt es auf der Webseite des Campus-Centers .

Nach Beantragung der Nebenhörerschaft erhalten Sie alle notwendig Unterlagen insbesondere die tubit Zugangsdaten für das Moses-Konto per Post zugeschickt.

Vorlesungsmitschrift

Vorlesung Datum Mitschrift
Stochastic processes 14.10.2019 farbig , schwarzweiss
Moments and Cumulants 16.10.2019 farbig , schwarzweiss
Markov process 21.10.2019 farbig , schwarzweiss
Chapman-Kolmogorov equation 23.10.2019 farbig , schwarzweiss
Jump, drift, diffusion 28.10.2019 farbig , schwarzweiss
Master equation 30.10.2019 farbig , schwarzweiss
Stationary solutions 04.11.2019 farbig , schwarzweiss
Fokker-Planck equation 06.11.2019 farbig , schwarzweiss
Escape time 11.11.2019 farbig , schwarzweiss
Langevin equation 13.11.2019 farbig , schwarzweiss

Übungsblätter

Übungsblätter
Nr
Thema
Ausgabe
Abgabe
Download
1
Würfel, Poisson Verteilung, Kumulanten


16.10.19
30.10.19
Übungsblatt 1
2
One-step Master Equation


24.10.19
06.11.19
Übungsblatt 2
3
 Diffusion in a gravitational field, Wiener process with absorbing boundaries,
Ornstein-Uhlenbeck Process,
symmetric random walk


31.10.19
20.11.19
Übungsblatt 3

4
Stochastic Resonance


13.11.19
04.12.19
Übungsblatt 4

Additional material

First part of lecture 2, 16.10.2019

Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

 

 

Computer-Visualisierungen (OWL-Projekt)

Das Projekt Offensive Wissen durch Lernen (OWL) hat zum Ziel, Inhalte der Vorlesung anschaulich mit kleinen Java-Programmen darzustellen. Auch für die Nichtlineare Dynamik gibt es einige Applets.

Zusatzinformationen / Extras

Quick Access:

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Auxiliary Functions