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Pourquoi la théorie de Verbotz et Landau peut-elle résoudre le dilemme de la dynamique traditionnelle ?
Au début du XXe siècle, la physique a été confrontée à une série de défis par rapport à la dynamique traditionnelle. Les approches cinétiques traditionnelles basées sur l'équation de Boltzmann ne peuvent pas décrire de manière adéquate les plasmas avec des interactions à longue portée, en particulier lorsque des interactions coulombiennes sont impliquées. À cette époque, les théories de Verbotz et de Landau offraient une perspective nouvelle et surmontaient avec succès de nombreux problèmes.
Les défis des dynamiques traditionnelles
La dynamique classique est basée sur la théorie des collisions entre particules, mais cette méthode est inadaptée aux interactions à longue distance, comme le flux d'électrons ou la force coulombienne dans le plasma. Ces difficultés se manifestent sous plusieurs aspects :
1. La théorie est incompatible avec l'expérience et ne peut pas expliquer la découverte de la vibration naturelle du plasma électronique par des scientifiques tels que Rayleigh, Landau et Tonks.
2. L'inapplicabilité de la théorie des collisions sous interaction coulombienne conduit au problème de divergence des termes dynamiques.
3. La théorie traditionnelle ne peut pas fournir une explication raisonnable aux résultats expérimentaux de la diffusion anormale des électrons dans le plasma gazeux.
Proposition de l'équation de Veinboltz
Afin de surmonter ces défis, en 1938, Feinbuz a proposé une nouvelle équation du mouvement indépendante des collisions, appelée équation de Feinbuz. Cette équation ne repose plus sur la théorie traditionnelle des collisions, mais considère plutôt le mouvement des particules dans un champ auto-cohérent. Ce nouveau concept simplifie non seulement la description du mouvement des particules dans le plasma, mais est également plus cohérent avec la situation réelle.
Théorie des champs auto-cohérentes
La théorie de Feiboz exploite une théorie des champs collectifs d'auto-création par des particules pour décrire les interactions entre particules chargées. Il a proposé une série d'équations qui décrivent la dynamique des électrons et des ions sous des champs électriques et magnétiques auto-cohérents :
Le système d'équations de Veenbotz-Maxwell décrit la dynamique des particules chargées dans le plasma. Par rapport à l'équation classique de Boltzmann, ce système prend en compte les effets collectifs entre les particules.
Ces équations prennent non seulement en compte les fonctions de distribution auto-cohérentes des électrons et des ions, mais décrivent également explicitement le comportement de ces particules dans un champ électromagnétique collectif. Cette approche permet aux scientifiques de prédire avec précision le comportement dynamique des plasmas, expliquant de nombreux phénomènes qui ne peuvent être décrits en dynamique traditionnelle, comme l'amortissement de Landau.
Supplément et développement de Landau
Par la suite, Landau a encore amélioré le système d'équations basé sur la théorie de Van Botz, notamment en introduisant les équations cinétiques de Landau dans la description des plasmas collisionnels. Cela permet d’intégrer théoriquement les deux cinématiques différentes, formant ainsi un outil plus puissant pour analyser les phénomènes dynamiques.
Application pratique et impact
Les théories de Feiboz et Landau ont été appliquées dans de nombreux domaines, notamment la physique spatiale, la recherche sur la fusion nucléaire et la physique des semi-conducteurs. Ces développements favorisent non seulement le développement de la physique des plasmas, mais jouent également un rôle important dans la promotion de la recherche dans les domaines de la science des matériaux et de la technologie de l'ingénierie.
Conclusion
Au cours du développement de la science au XXe siècle, les théories de Verbotz et de Landau ont non seulement réussi à résoudre de nombreuses difficultés liées à la dynamique traditionnelle, mais ont également fourni un nouveau cadre pour comprendre et analyser les systèmes complexes. Il ne s’agit pas seulement d’une avancée théorique, mais aussi d’un outil pratique indispensable. À l’avenir, face à des phénomènes physiques complexes, ces théories pourront-elles continuer à s’adapter aux nouveaux défis ? Est-ce une question qui mérite réflexion ?
