Кинетические уравнения для плазмы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Кинетические уравнения для плазмы - замкнутая система ур-ний для одночастичных функций распределения частиц плазмы по координатам г и скоростям

(импульсам

) совместно с Максвелла уравнениями для ср. напряжённостей эл--магн. полей, создаваемых частицами плазмы. Кинетич. (статистич.) подход к описанию состояния плазмы часто играет важную роль в описании макроскопич. свойств плазмы, к-рые не могут быть выявлены при гидродинамич. подходе. Напр., возникновение ленгмюровских волн при движении двух электронных пучков навстречу друг другу с равными скоростями описывается кинетич. теорией при рассмотрении пучков как двух жидкостей. Если же электроны в данном примере рассматривать при гидродинамич. подходе как единую жидкость с равной нулю ср. скоростью, то возникновение ленгмюровской неустойчивости нельзя предсказать.

Наиб. простыми являются К. у. для полностью ионизованной электронно-ионной плазмы - ур-ния для функций распределения

электронов (а=е), однозарядных ионов (a=i)и напряжённостей электрич.

и магн.

полей. Эти функции являются первыми моментами соответствующих микроскопич. случайных функций (см. Моменты: )микроскопич. фазовых плотностей

и микроскопич. напряжённостей полей

. Точные ур-ния для функций f_a, E и В имеют вид

Они не являются ещё замкнутыми, т. к. "интегралы столкновений" I_a(r, p, t)определяются вторыми моментами флуктуации случайных величин

Ур-ния (1) справедливы и для релятивистской плазмы; в этом случае импульс и скорость связаны равенством

Для кулоновской плазмы, в к-рой потенциал взаимодействия заряж. частиц Ф_аb, определяется законом Кулона

, интегралы I_а могут быть выражены через двухчастичные корреляц. функции заряж. частиц g_ab:

Если функцию g_ab выразить через I_а, то получается замкнутая система ур-ний для функций f_a, Е, В. Это оказывается возможным, напр., для разреженной плазмы при не очень больших отклонениях от состояния равновесия, когда осн. роль играют мелкомасштабные флуктуации с радиусом корреляции

(дебаевского радиуса экранирования). В разреженной плазме число частиц N_D в сфере с дебаевским радиусом много больше единицы. По этой причине, в отличие от разреженного газа, где осн. роль играют парные столкновения, в разреженной плазме с эфф. радиусом взаимодействия r_D взаимодействие носит дальнодействующий коллективный характер. (Поэтому слова "интегралы столкновений" поставлены выше в кавычках.) Если длина релаксации l_pел ("длина свободного пробега") и время релаксации ("время свободного пробега")

, определяемые интегралами столкновений в разреженной плазме, достаточно велики по сравнению с r_D,

, т. е.

Область интегрирования по k здесь ограничена условиями

(l_Л=e²/kT - т. н. квантовая длина). Левое неравенство есть следствие условия слабого взаимодействия, к-рое используется при выводе (5), а правое предполагает малую роль крупномасштабных флуктуации с радиусом корреляций

. Это оправдано при условии близости к равновесному состоянию. Используется и более общее выражение для интеграла столкновений (т. н. форма Балеску - Лепарда), в к-ром учитывается влияние электрич. поляризуемости плазмы. При этом отпадает необходимость в условии

. Интегралы столкновений (5) слабо зависят от выбора границ области интегрирования по k, т. к. величины l_Л и r_D в окончат, результатах входят лишь под знаком логарифма (кулоновский логарифм).

Интегралы столкновений I_а для плазмы обладают свойствами

к-рые обеспечивают сохранение полных плотности числа частиц, плотности импульса и плотности кинетич. энергии идеальной плазмы, а также возрастание энтропии при установлении равновесного состояния в изолированной плазме (Больцмана Н-теорема). Возможно обобщение К. у. на случай неидеальной плазмы, когда взаимодействие заряж. частиц определяет не только релаксац. процессы, но и даёт вклад в термодинамич. функции.

К. у. для плазмы существенно упрощаются в двух предельных случаях. Для случая, когда длины свободных пробегов l_pел и соответствующие времена релаксации

велики по сравнению с характерными параметрами L и Т задачи, столкновениями частиц можно пренебречь, учитывая лишь коллективное взаимодействие частиц через ср. (самосогласованные) поля. Это т. н. бесстолкновительное приближение приводит к ур-нию Власова:

Ур-ние Власова само по себе является обратимым. Однако поскольку бесстолкновительное приближение справедливо лишь для ограниченной плазмы, то необратимость возникает через диссипативные граничные условия, а также при усреднении нач. условий по бесконечно малому интервалу времени при переходе от микроскопич. фазовой плотности к одночастичной функции распределения. Бесстолкновительное приближение имеет широкую область применения - от высокотемпературной плазмы термоядерных установок до кос-мич. плазмы.

Во втором предельном случав, когда

, возможен переход от К. у. для плазмы к соответствующим газодинамич. ур-ниям, учитывающим столкновения (см. Кинетическое уравнение Болъцмана).

Для описания сильно неравновесных процессов К. у. для плазмы уже недостаточны, т. к. существенными оказываются крупномасштабные флуктуации распределений частиц и напряжённостей поля. Простейшим примером их учёта служат ур-ния квазилинейной теории плазмы, используемые для описания слабой турбулентности плазмы.

Литература по кинетическим уравнениям для плазмы

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.