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
и . Точные
ур-ния для функций fa, E и В имеют вид
Они не являются ещё замкнутыми,
т. к. "интегралы столкновений" Ia(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 Фаb, определяется
законом Кулона
, интегралы Iа могут быть выражены через двухчастичные корреляц.
функции заряж. частиц gab:
Если функцию gab выразить через Iа, то получается замкнутая система ур-ний
для функций fa, 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 ND 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
rD взаимодействие носит дальнодействующий коллективный характер.
(Поэтому слова "интегралы столкновений" поставлены выше в кавычках.)
Если длина релаксации lpел ("длина свободного пробега")
и время релаксации ("время свободного пробега") ,
определяемые интегралами столкновений в разреженной плазме, достаточно велики
по сравнению с rD, ,
т. е.
то функции gab удаётся выразить через Iа.
Область интегрирования
по k здесь ограничена условиями
(lЛ=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 lЛ и rD в окончат,
результатах входят лишь под знаком логарифма (кулоновский логарифм).
Интегралы столкновений
Iа 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
lpел и соответствующие времена релаксациивелики
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
и
, 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.
Ю. Л. Климонтович
Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.
В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.