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邀请:等离子体科学的慢速流形还原。 (英语) Zbl 1451.82052号

概述:经典的查普曼-恩斯科格程序承认一种称为慢流形约简的实质性几何推广。这一概括为推导和理解等离子体物理中基于应用于多时间尺度问题的受控近似的大多数简化模型提供了一个范例。在这篇综述中,我们发展了慢流形还原理论,并将等离子体物理观众铭记在心。我们特别说明(a)如何使用慢流形概念来理解故障,分解(b)慢流形理论的离散时间模拟如何为开发时间稳定等离子体模型的隐式积分器提供有用的框架。对于受过更高级数学训练的读者,我们还使用慢流形约简来解释无耗散约简等离子体模型中哈密顿结构的继承现象。该理论的各个方面都在Abraham-Lorentz模型的背景下进行了说明,该模型是单个带电粒子经历自身辐射阻力的模型。作为一个极致的例子,我们导出了微扰理论中一阶动力学准中性等离子体动力学的慢流形。这个一阶结果包含了与精确电荷中性的微小偏差相关的几个物理效应,这些偏差导致了与基于领先阶近似(n_e=Z_in_i)的预测缓慢漂移。

MSC公司:

82D10号 等离子体统计力学
82C40型 含时统计力学中的气体动力学理论
83年第35季度 弗拉索夫方程
2005年76月 量子流体力学和相对论流体力学
83A05号 狭义相对论
65升80 微分代数方程的数值方法
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参考文献:

[1] 查普曼,S。;考林,T.G.,《非均匀气体的数学理论》(1970),剑桥大学出版社·Zbl 0098.39702号
[2] Gorban,A.N.,《希尔伯特的第六个问题:通往严格的无尽之路》,Philos Trans A Math Phys Eng Sci,37620170238(2018)·Zbl 1470.81010号
[3] 等离子体的磁流体动力学描述
[4] Kulsrud,R.M.,《国际物理学院学报》,恩里科·费米,课程XXV,高级等离子体理论(1962),北荷兰:北荷兰瓦伦纳,意大利
[5] Grad,H.,AEC报告TID-7503(1956年)
[6] Chew,G.F。;Goldberger,M.L。;Low,F.E.,《没有粒子碰撞的玻尔兹曼方程和单流体磁流体方程》,Proc R Soc Lond A,236112(1956)·Zbl 0071.21802号
[7] Schekochihin,A.A。;南卡罗来纳州考利。;多兰,W。;哈米特,G.W。;Howes,G.G。;Quataert,E.,《天体物理旋动力学:磁化弱碰撞等离子体中的动力学和流体湍流级联》,美联社,182310(2009)
[8] Wang,J.P。;Callen,J.D.,通过Chapman-Enskog-like方法对等离子体的流体/动力学混合矩描述,《物理流体B》,41139(1992)
[9] 希尼亚,C.C。;Callen,J.D.,流体方程射频修正建模的闭合方案,《物理等离子体》,16112501(2009)
[10] 德贡,P。;Deluzet,F。;纳沃雷特,L。;Sun,A.-B。;Vignal,M.H.,准中性附近Vlasov-Poisson系统的渐近保粒子-细胞方法,计算物理杂志,229,5630(2010)·Zbl 1346.82034号
[11] 德贡,P。;Deluzet,F.,等离子体物理的渐近保护方法和多尺度模型,计算物理杂志,336429(2017)·Zbl 1375.82108号
[12] 德贡,P。;Filbet,F.,《关于大磁场三维Vlasov-Poisson系统的渐近极限:形式推导》,J Stat Phys,165,765(2016)·Zbl 1360.35280号
[13] 费尔贝特,F。;Jin,S.,动力学方程及刚性源相关问题的一类渐近预存格式,计算物理杂志,2297625(2010)·Zbl 1202.82066号
[14] Bostan,M.,具有不同平流场的传输方程。等离子体物理学中回旋动力学模型的应用,J Differ Equ,2491620(2010)·Zbl 1229.35298号
[15] Tikhonov,A.N.,导数中包含小参数的微分方程系统,Mat Sb(NS),31,73,575(1952)
[16] Fenichel,N.,常微分方程的几何奇异摄动理论,J Differ Equ,31,53-98(1979)·Zbl 0476.34034号
[17] Temam,R.,《惯性流形》,《数学与智能》,第12、68页(1990年)·Zbl 0711.58025号
[18] K.U.克里斯蒂安森。;Wulff,C.,辛慢流形的指数估计,J Differ Equ,26156-101(2016)·Zbl 1382.37055号
[19] Burby,J.W.,双流体等离子体的磁流体动力学运动,《物理等离子体》,24,082104(2017)
[20] 伯比,J.W。;Sengupta,W.,指导中心等离子体模型的哈密顿结构,《物理等离子体》,25,020703(2018)
[21] Burby,J.W.,《引导循环空间中正式慢流形上的中心动力学运动》,《数学物理杂志》,61012703(2020)·Zbl 1435.78005号
[22] Burby J.W.,Ruiz D.E.,欧拉框架下的变分非线性WKB。2019年arXiv:1902.04221
[23] Gorban,A.N。;卡林,I.V。;Zinovyev,A.Y.,动力学问题的不变流形的构造方法,物理代表,396197-403(2004)
[24] Lorenz,E.N.,《关于慢流形的存在》,《大气科学杂志》,43,1547-1557(1986)
[25] Lorenz,E.N。;Krishnamurthy,V.,《论慢流形的不存在》,《大气科学杂志》,44,2940-2950(1987)
[26] Lorenz,E.N.,慢流形——它是什么?,《大气科学杂志》,49,2449-2451(1992)
[27] 特蕾西·E·R。;Brizard,A.J.,Allan Kaufman对等离子体波理论的贡献,《物理学杂志》,169012008(2009)
[28] 考夫曼,A.N。;Ye,H。;Hui,Y.,矢量波协变eikonal理论的变分公式,Phys Lett A,120327-330(1987)
[29] Kaufman,A.N.,相空间拉格朗日作用原理和广义K-χ定理,Phys Rev A,36,982(R)(1987)
[30] 特蕾西·E·R。;Kaufman,A.N.,线性模式转换的Metaplectic公式,Phys Rev E,48,2196(1993)
[31] Littlejohn,R.G.,引导中心运动的哈密顿公式,《物理流体》,241730(1981)·Zbl 0473.76123号
[32] Braginskii,S.I.,《血浆中的转运过程》,《血浆物理学评论》,1205(1965)
[33] Neishtadt,A.,共振散射,天体力学与动力学,65,1(1996)·Zbl 0881.58055号
[34] Jaeger,F。;Lichtenberg,A.J。;利伯曼,M.A.,电子回旋共振加热理论。I.短时和绝热效应,《等离子体物理学》,第14期,第1073-1100页(1972年)
[35] Nekhoroshev,N.N.,哈密顿系统接近可积的行为,函数分析应用,5338(1971)·Zbl 0254.70015号
[36] MacKay,R.S.,《慢流形》,149-192(2004),《世界科学》·兹比尔1090.82017
[37] Howe,I.,多粒子经典相干辐射反应(2014),夏威夷大学马诺分校博士论文
[38] 基梅尔,I。;Elias,L.R.,自由电子源中的相干辐射反应,《物理评论》,75,4210(1995)
[39] Spohn,H.,Lorentz-Dirac方程的临界流形,Europhys-Lett,50287(2000)
[40] Landau,L.D。;Lifshitz,E.M.,《力学》(1976年),爱思维尔·巴特沃思-海涅曼
[41] 亚伯拉罕·R。;Marsden,J.E.,《力学基础》(2008),AMS Chelsea Publishing(美国数学学会)。
[42] 17个·Zbl 0933.70003号
[43] Haken,H.,Synergics,Phys Bull,28,412(1977)·Zbl 0447.58032号
[44] Riley,J.W.,Fenichel定理及其在动力系统中的应用(2012),Loiusville大学博士论文
[45] Kirchgraber,U.,多步方法本质上是一步方法,《数值数学》,48,85-90(1986)·Zbl 0629.65077号
[46] Robinson,C.,动力系统中的稳定性定理和双曲线,《落基山数学杂志》,7425-438(1977)·Zbl 0375.58016号
[47] 卡宾斯基,M.J。;Gidea,M。;de la Llave,R.,平面椭圆约束三体问题中的Arnold扩散:机制和数值验证,非线性,30,329(2016)·Zbl 1359.37121号
[48] de la Llave,R.,KAM理论教程,平滑遍历理论及其应用(2001),Amer。数学。Soc.:美国。数学。佛罗里达州普罗维登斯Soc.Providence·Zbl 1055.37064号
[49] Gotay,M.J。;Nester,J.M。;Hinds,G.,前符号流形和Dirac-Bergmann约束理论,数学物理杂志,19,2388(1978)·Zbl 0418.58010号
[50] Gear,C.W.,微分代数方程指数变换,SIMA科学统计计算杂志,9(1),39(1988)·Zbl 0637.65072号
[51] Littlejohn,R.G.,《几何与导向中心运动》(Marsden,J.E.,《流体与等离子体:几何与动力学》,流体与等离子体,几何与动力学,当代数学,第28卷(1984年),美国数学学会),151-167·Zbl 0543.58016号
[52] 诺伊森,L。;Walcher,S.,Tikhonov定理与准静态,离散连续动态B,16945(2011)·Zbl 1364.34086号
[53] Kraichnan,R.H.,《极高雷诺数下各向同性湍流的结构》,《流体力学杂志》,第5497-543页(1959年)·Zbl 0093.41202号
[54] 马丁,P.C。;Siggia,E.D。;Rose,H.A.,经典系统的统计动力学,《物理学评论A》,8423(1973)
[55] Vannester,J。;Yavneh,I.,指数小惯量波与准地转平衡的破裂,大气科学杂志,61211-223(2004)
[56] Kruskal,M.,哈密顿和其他所有解都近似周期的系统的渐近理论,《数学物理杂志》,3806(1962)·Zbl 0113.21201号
[57] Landau,L.D。;Lifshitz,E.M.,经典场论(1975),爱思唯尔·巴特沃斯-海涅曼·Zbl 0178.28704号
[58] 弗拉尼奇,M。;Martins,J.L。;丰塞卡,R.A。;Silva,L.O.,粒子-细胞模拟中的经典辐射反应,计算物理通讯,204,141-151(2016)
[59] Dewar,R.L.,水磁波与含时非均匀介质之间的相互作用,《物理流体》,132710(1970)·Zbl 0233.76216号
[60] Gjaja,我。;Holm,D.D.,旋转分层不可压缩流体波-流相互作用的自洽哈密顿动力学,Phys D,98,343(1996)·Zbl 0900.76718号
[61] Similon,P.L.,剪切磁场中漂移波湍流的重整化理论(1981),普林斯顿大学:普林斯顿大学天体物理科学系,博士论文
[62] 秦,H。;Burby,J.W。;Davidson,R.C.,经典粒子场系统的场论和弱euler-lagrange方程,《物理评论E》,90,043102(2014)
[63] 齿轮,C.W。;Kaper,T.J。;Kevrekidis,I.G。;Zagaris,A.,投影到慢流形:奇摄动动力系统和遗留代码,SIAM J Appl Dyn Syst,4711(2006)·Zbl 1170.34343号
[64] 齿轮,C.W。;Kevrekidis,I.G.,约束定义流形:低维计算的传统代码方法,科学计算杂志,25,17(2005)·Zbl 1203.37005号
[65] Zagaris,A。;齿轮,C.W。;Kaper,T.J。;Kevrekidis,Y.G.,《慢流形无方程投影的精度和收敛性分析》,ESAIM,43,757(2009)·Zbl 1194.35077号
[66] Maas,美国。;Pope,S.B.,《简化化学动力学:组成空间中的固有低维流形》,Combust Flame,88,329(1992)
[67] Lam,S.H。;Goussis,D.A.,简化动力学的CSP方法,国际化学Kinet杂志,26,461(1994)
[68] 贝诺?t,E。;Brøns先生。;Desroches,M。;Krupa,M.,《为低速动力系统扩展零导数原理》,Z Angew Math Phys,66,2255(2015)·Zbl 1330.34093号
[69] Kreiss,H.O.,《不同时间尺度的问题》,29-57(1985),学术出版社:纽约学术出版社
[70] Ariel,G。;桑兹·塞尔纳,J.M。;Tsai,R.,寻找刚性机械系统慢流形的多尺度技术,多尺度模型模拟,101180(2012)·Zbl 1332.65100号
[71] Fraser,S.J.,《稳态和平衡近似:年龄图》,《化学物理杂志》,88,4732(1988)
[72] Schekochihin,A.A。;南卡罗来纳州考利。;Rincon,F。;Rosin,M.S.,《磁化宇宙等离子体的磁流体动力学:消防水管和回旋热不稳定性》,Mon Not R Astron Soc,405291(2010)
[73] Farmer,W.A。;Ellison,C.L。;Hammer,J.H.,用于验证霍尔磁流体动力学算法的霍尔磁漂移波的线性响应,《物理等离子体》,26072120(2019)
[74] Huba,J.D.,高频磁漂移波的理论与模拟,《物理等离子体》,33217(1991)
[75] Cox S.M.,Roberts A.J.,2003年。arXiv:nlin/0303011
[76] Jones,C.K.R.T.,几何奇异摄动理论,44-118(1995),施普林格:施普林格-柏林-海德堡·Zbl 0840.58040号
[77] 莫里森,P.J。;Kotschenreuther,M.,《自由能原理、负能模式和稳定性》,发表于第四届物理非线性和湍流过程国际研讨会,9-22(1989)
[78] 伯比,J.W。;Squire,J。;秦浩,《引导中心扩建自动化》,《物理等离子体》,20,072105(2013)
[79] Taylor,J.B.,短波静电扰动下的磁矩,《物理流体》,101357(1967)
[80] 弗里曼,E.A。;Chen,L.,一般等离子体平衡中低频电磁波的非线性回转动力学方程,物理流体,25502(1982)·Zbl 0506.76133号
[81] 比尔,硕士。;Hammett,G.W.,托卡马克湍流非线性模拟的场对准坐标,物理等离子体,22687(1995)
[82] Sugama,H.,回旋运动场理论,《物理等离子体》,第7466页(2000年)
[83] Brizard,A.J.,非线性回转动力学Vlasov-Maxwell方程的变分原理,物理等离子体,74816(2000)
[84] Brizard,A.J。;Hahm,T.S.,《非线性回转理论基础》,《现代物理学评论》,第79期,第421-468页(2007年)·Zbl 1205.76309号
[85] 斯科特,B。;Smirnov,J.,托卡马克等离子体回转动力学描述中的能量一致性和动量守恒,《物理等离子体》,17,112302(2010)
[86] 阿贝尔,I.G。;普朗克,G.G。;王,E。;巴恩斯,M。;南卡罗来纳州考利。;多兰,W。;Schekochihin,A.A.,《旋转托卡马克等离子体的多尺度回转动力学:涨落、输运和能量流》,Rep Prog Phys,76,116201(2013)
[87] 西雅图州塔塔诺。;Chacón,L。;Simakov,A.N.,《平面几何中的自适应、隐式、保守1D-2V多物种Vlasov-Fokker-Planck多尺度解算器》,《计算物理杂志》,365,173-205(2018)·兹比尔1395.76045
[88] Chacón,L。;陈,G。;Knoll,D.A。;纽曼,C。;帕克,H。;西塔塔诺。;Willert,J.A。;Womeldorff,G.,《多尺度高阶/低阶(HOLO)算法和应用》,《计算物理杂志》,330,21-25(2017)·Zbl 1380.65316号
[89] Chacón,L。;Stanier,A.,一种可扩展的全隐式算法,用于?扩展MHD模型,《计算物理杂志》,326763-772(2016)·Zbl 1373.76340号
[90] Chacón,L。;Chen,G.,多维中的曲线、全隐式、保守电磁PIC算法,《计算物理杂志》,316,578-597(2016)·Zbl 1349.82139号
[91] Leith,C.E.,非线性正常模式初始化和准营养理论,大气科学杂志,37958(1980)
[92] Machenhauer,B.A.,《浅水模型中重力振荡的动力学及其在正常模式振荡中的应用》,Beitr Phys Atmos,10253(1977)·Zbl 0362.76040号
[93] 沃塔德,R。;Legras,B.,不变流形,拟嗜酸性和初始化,大气科学杂志,43,565(1986)
[94] Jin,S.,《多尺度动力学和双曲方程的渐近保持(AP)格式:综述》,Riv-Mat Univ Parma,3177-216(2012)·Zbl 1259.82079号
[95] Ellison,C.L。;Finn,J.M。;Burby,J.W。;克劳斯,M。;秦,H。;Tang,W.M.,磁场线流和引导中心轨迹的简并变分积分器,《物理等离子体》,25,052502(2018)
[96] Morrison,P.J.,作为连续哈密顿系统的Maxwell-Vlasov方程,Phys Lett,80A,383(1980)
[97] Marsden,J.E。;Weinstein,A.D.,《Maxwell-Vlasov方程的哈密顿结构》,《物理学D》,4394(1982)·Zbl 1194.35463号
[98] 莫里森,P.J。;Greene,J.M.,《流体力学和理想磁流体力学的非正则哈密顿密度公式》,《物理评论-莱特》,45,790(1980)
[99] Courant,T.J.,Dirac流形,美国数学学会,319631(1990)·Zbl 0850.70212号
[100] Littlejohn,R.G.,非正则坐标系下的哈密顿微扰理论,数学物理杂志,23742(1982)·Zbl 0516.70023号
[101] Littlejohn,R.G.,《引导中心运动的变分原理》,《等离子体物理学杂志》,29111(1983)
[102] 帕拉,F。;卡尔沃,I。;Burby,J.W。;Squire,J。;秦,H.,高阶导引中心拉格朗日两个独立计算的等价性,《物理等离子体》,21,104506(2014)
[103] M.J.戈泰。;Nester,J.M.,前症状拉格朗日系统。一: 约束算法和等价定理,Annales I H P Section A,30,129(1979)·Zbl 0414.58015号
[104] 德戈森,M。;Luef,F.,《辛容量和不确定性几何:经典力学和量子力学中辛拓扑的突破》,《物理学代表》,484131-179(2009)
[105] 麦克拉克伦,R.I。;Quispel,G.R.W。;Robidoux,N.,使用离散梯度的几何积分,Philos Trans R Soc A,3571021(1999)·Zbl 0933.65143号
[106] Tronci,C。;Camporeale,E.,磁化等离子体的中性Vlasov动力学理论,《物理等离子体》,22,020704(2015)
[107] https://books.google.com/books?id=OOtKmwEACAAJ
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