The Fermi-Pasta-Ulam (FPU) one-dimensional Hamiltonian includes a quartic term which guarantees ergodicity of the system in the thermodynamic limit. Consistently, the Boltzmann factor $P(\epsilon) \sim e^{-\beta \epsilon}$ describes its equilibrium distribution of one-body energies, and its velocity distribution is Maxwellian, i.e., $P(v) \sim e^{- \beta v^2/2}$. We consider here a generalized system where the quartic coupling constant between sites decays as $1/d_{ij}^{\alpha}$ $(\alpha \ge 0; d_{ij} = 1,2,\dots)$. Through {\it first-principle} molecular dynamics we demonstrate that, for large $\alpha$ (above $\alpha \simeq 1$), i.e., short-range interactions, Boltzmann statistics (based on the {\it additive} entropic functional $S_B[P(z)]=-k \int dz P(z) \ln P(z)$) is verified. However, for small values of $\alpha$ (below $\alpha \simeq 1$), i.e., long-range interactions, Boltzmann statistics dramatically fails and is replaced by q-statistics (based on the {\it nonadditive} entropic functional $S_q[P(z)]=k (1-\int dz [P(z)]^q)/(q-1)$, with $S_1 = S_B$). Indeed, the one-body energy distribution is q-exponential, $P(\epsilon) \sim e_{q_{\epsilon}}^{-\beta_{\epsilon} \epsilon} \equiv [1+(q_{\epsilon} - 1) \beta_{\epsilon}{\epsilon}]^{-1/(q_{\epsilon}-1)}$ with $q_{\epsilon} > 1$, and its velocity distribution is given by $P(v) \sim e_{q_v}^{ - \beta_v v^2/2}$ with $q_v > 1$. Moreover, within small error bars, we verify $q_{\epsilon} = q_v = q$, which decreases from an extrapolated value q $\simeq$ 5/3 to q=1 when $\alpha$ increases from zero to $\alpha \simeq 1$, and remains q = 1 thereafter.


翻译:Fermi-Past- Ulam (PPU) 一维的汉密尔顿( PPU) 包含一个石化术语, 保证系统在热动力极限中的偏差值。 一贯地, Boltzmann 系数$P (\ esil) = sim e ⁇ -\\ beta \ eepl] 表示其单体能量的均衡分布, 其速度分布是 Maxwellian, 即 $( v) = sim e- eta = 1美元 。 我们这里认为一个普遍化的系统, 站点之间的夸变常数以1美元/ d ⁇ = q ql) = 1美元 qrq = dqx 分子动态。 对于大型的 $( 以美元计 $ = maq = max = 美元)、 = i. ci = = i. ( si si si) i- lake- 统计 (以 encentro ent $ (P_\\\\\\\\\\ tex) ent ent ental ad) ental exexexexexexexti)

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