Кіріспе

Физикада Ландау демпингі, оның ашқан адамы, совет физигі Лев Давидович Ландаудың (1908–68) есімімен аталады. Бұл плазмада немесе осыған ұқсас ортадағы бойлық кеңістік заряд толқындарының демпингі (уақытқа байланысты экспоненциалдық азаю) әсері. Бұл құбылыс тұрақсыздық пайда болуына кедергі келтіреді және параметрлер кеңістігінде тұрақтылық аймағын құрайды. Кейін Дональд Линден Белл галактикалық динамикада ұқсас құбылыс орын алатынын көрсетті, онда электростатикалық күштермен әрекеттесетін электрондар газы, гравитациялық күштермен әрекеттесетін "жұлдыздар газымен" алмастырылады. Ландау демпингін, мысалы, бөлшектік-торлы симуляция сияқты сандық симуляцияларда дәл басқаруға болады. Оның бар екендігі 1964 жылы Малмберг пен Уортон тәжірибелік жолмен дәлелдеді, бұл Ландаудың 1946 жылы жасаған болжамынан шамамен екі он жылдай кейін болды.

Толқын-бөлшектік өзара әсерлері

Ландау шамалығы (демпфирование) фазалық жылдамдығы *v<sub>p</sub>* болатын электромагниттік толқын мен плазмадағы шамамен *v<sub>p</sub>* жылдамдыққа ие бөлшектер арасындағы энергия алмасу нәтижесінде пайда болады, олар толқынмен күшті өзара әрекеттесе алады. *v<sub>p</sub>* жылдамдығынан сәл кем жылдамдықпен қозғалатын бөлшектер толқынның электр өрісі арқылы үдеп, толқынның фазалық жылдамдығымен қозғала бастайды, ал *v<sub>p</sub>* жылдамдығынан сәл артық жылдамдықпен қозғалатын бөлшектер толқынға энергиясын жоғалтып, тежеледі – бөлшектер толқынмен синхронды болуға бейім. Бұл жылжымалы толқын түтігі арқылы эксперименталды түрде дәлелденген. Идеалдық магнитогидродинамикалық (МГД) плазмада бөлшектердің жылдамдықтары көбінесе Максвелл тарату функциясы ретінде қарастырылады. Егер функцияның еңісі теріс болса, толқын фазалық жылдамдығынан сәл кем жылдамдықпен қозғалатын бөлшектердің саны, толқын фазалық жылдамдығынан сәл артық жылдамдықпен қозғалатын бөлшектердің санынан көп болады. Осылайша, толқыннан энергия жоғалтатын бөлшектерге қарағанда, толқыннан энергия алатын бөлшектер көп, бұл толқынның демпфирленуіне (тұншығуына) әкеледі. Егер функцияның еңісі оң болса, толқын фазалық жылдамдығынан сәл кем жылдамдықпен қозғалатын бөлшектердің саны, толқын фазалық жылдамдығынан сәл артық жылдамдықпен қозғалатын бөлшектердің санынан кем болады. Осылайша, толқыннан энергия алатын бөлшектерге қарағанда, толқынға энергиясын жоғалтатын бөлшектер көп, бұл толқын энергиясының өсуіне әкеледі. Онда Ландау демпфирленуі Ландау өсуімен алмастырылады.

Физикалық түсіндіру

Ландаудың тұншықтыруының математикалық теориясы біршама күрделі. Дегенмен, шекті амплитудасы бар толқындар үшін қарапайым физикалық түсіндірме бар. Ландаудың тұншықтыруы кез келгендей шағын амплитудасы бар толқындар үшін де пайда болатындықтан, бұл тұншықтыруға ең белсенді қатысатын бөлшектердің тұтқындалмағанын көрсетеді. Бұл заңды, себебі тұтқындау мұндай толқындар үшін (әсіресе толқын амплитудасы үшін) уақыттың әртүрлі масштабтарын қамтиды.

Тоқыратушы шешімдер үшін Коши проблемасы

Математикалық теория эволюциялық теңдеудің Коши проблемасын шешуге (мұнда Vlasov–Poisson теңдеуінің дербес дифференциалы) және шешімге қатысты бағалауларды дәлелдеуге негізделген. Ландаудан бері толыққанды сызықтық математикалық теория жасалған. Сызықтық теңдеуден асып, сызықтық емеспен жұмыс істеу Ландау демппингінің математикалық теориясында ұзақ жылдар бойы шешілмей келген мәселе. Бұрынғы математикалық нәтижелердің бірі – Власов–Пойсон теңдеуінің сызықтық емес деңгейде экспоненциалды түрде демппингтелген шешімдер класының болуы. Бұл нәтиже шашырату әдісі арқылы дәлелденген (бұл нәтиже жақында кеңейтілді). Дегенмен, бұл нәтижелер қандай бастапқы деректер мұндай демппингтелген шешімдерге алып келуі мүмкін екендігі туралы ештеңе айтпайды. Француз математиктері Седрик Виллани мен Клемент Мухо жариялаған мақалада бастапқы деректер мәселесі шешілді және сызықтық емес Власов теңдеуі үшін Ландау демппингі алғаш рет математикалық тұрғыдан орнатылды. Сызықтық тұрақты біртекті стационарлы шешімдердің белгілі бір маңайында (аналитикалық немесе Геври топологиясы үшін) басталатын шешімдер барлық уақытта (орбиталық) тұрақты және уақыт бойынша жаһандық демппингке ұшырайды. Демппинг құбылысы энергия алмасудың орнына реттелудің ауысуы ретінде қайта қарастырылады, функция ретінде және , сәйкесінше. Ірі масштабты өзгерістер жылдамдық кеңістігінде кішірек және кішірек масштабты өзгерістерге айналады, бұл функция ретінде Фурье спектрінің ауытқуына сәйкес келеді. Бұл ауытқу сызықтық теорияда жақсы белгілі, сызықтық емес жағдайда да сақталады екені дәлелденді.

N-денелік кадрдағы тозу теориясы

Бастапқыда мүмкін емес деп есептелген механикалық N денелердің сипаттамасы Ньютонның екінші қозғалыс заңы мен Фурье қатарларын қолдана отырып, Ландау демплеуін нақты есептеуге мүмкіндік береді. Бұл туынды үшін Власов теңдеуі де, Лаплас түрлендірулері де қажет емес. Толқынның электрондармен энергия (дәлірек айтқанда, импульс) алмасуын есептеу де осылай жүзеге асырылады. Бұл есептеу Ландау демплеуін дерлік резонанстық өтетін бөлшектердің синхронизациясы ретінде түсінуді жеңілдетеді.