Дано представление как о регулярных явлениях (нелинейных волнах в слабодиспергирующих средах, нелинейном затухании Ландау, эхо в плазме, взаимодействии волн и т. п.), так и о турбулентности плазмы, т. е. о нерегулярных колебаниях с возбуждением очень многих степеней свободы. Рассмотрение проведено, по возможности, в доступной форме с привлечением примеров из других областей физики. Новое издание дополнено изложением результатов последних лет.

Для физиков — экспериментаторов и теоретиков, а также аспирантов и студентов, интересующихся физикой плазмы.

Ил. 75, Библиогр.: 274 назв.

Термин «коллективные явления в плазме» появился довольно давно. На первых порах он ещё не вполне приобрёл своё конкретное содержание, а всего лишь отражал то смутное ощущение, что в системе заряженных частиц с дальнодействующими кулоновскими силами наряду с парными столкновениями должно существовать взаимодействие между частицами, имеющее некую особую коллективную природу. И лишь исследование реальной плазмы с её многочисленными неустойчивостями, самопроизвольно развивающимися шумами и колебаниями, сложными нелинейными процессами постепенно вырисовывало круг тех явлений, которые стало принято называть коллективными.

В настоящее время коллективными явлениями в плазме называют сугубо нелинейные процессы, связанные с наличием колебаний или шумов конечной амплитуды, взаимодействие которых с частицами существенно влияет на макроскопические свойства плазмы. Чаще всего эти шумы и колебания возникают самопроизвольно вследствие различного рода неустойчивостей. Если возбуждается очень много степеней свободы и колебания становятся нерегулярными, то такое состояние плазмы называют турбулентным. Но кроме турбулентных состояний существует широкий круг нелинейных регулярных процессов, в которых взаимодействие между частицами и волнами — коллективными возбуждениями системы — может приводить к весьма своеобразным, подчас изумительно красивым явлениям. К ним относятся, например, эхо в плазме, нелинейное затухание Ландау, самосжатие и самофокусировка волновых пакетов, солитоны в слабодиспергирующих средах. Изучение такого рода нелинейных явлений само по себе очень интересно, но еще более оно полезно с точки зрения развития общих представлений о физике плазмы — этой своеобразной и весьма своенравной субстанции. Не будет преувеличением сказать, что коллективные явления в плазме отражают саму её природу, её главное свойство.

В предлагаемой книге, которая может служить введением в теорию коллективных явлений в плазме, даётся представление как о регулярных нелинейных процессах в плазме, так и о её турбулентности. Чтобы облегчить чтение книги, в первой главе подробно рассматривается гидродинамический метод описания плазмы, а во второй главе кратко излагается теория линейных волн в том объёме, который достаточен для свободного чтения дальнейших глав. Изложение материала в этих последующих главах проводится, по возможности, в как можно более доступной форме, чтобы знакомство с этой интересной областью физики плазмы не превратилось в скучное изучение формул. Поскольку нелинейные явления в плазме сходны с нелинейными явлениями в других сплошных средах, в книге широко используются соответствующие аналогии.

В частности, нелинейные процессы в плазме, стартуя с линейных неустойчивостей, нередко приводят к развитию сложных стационарных или изменяющихся со временем структур. Их можно рассматривать как представителей широко распространённых в природе явлений самоорганизации. Структуры в диссипативных открытых системах изучаются в рамках так называемой синергетики, т. е. науки о самоорганизации. Для идей самоорганизации плазма является, вероятно, одной из наиболее продуктивных областей приложения, и на её базе можно развивать подходы к пониманию более широкого круга явлений самоорганизации.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Вопросы теории плазмы. Выпуск 4, Леонтович М. А., ред., 1964
2. Вопросы теории плазмы. Выпуск 1, Леонтович М. А., ред., 1963
3. Общая теория коллективных переменных, Бом Д., 1964
4. Лекции по физике плазмы, Синельников К. Д., Руткевич Б. Н., 1964
5. Вопросы теории плазмы. Выпуск 3, Леонтович М. А., ред., 1963
6. Основные принципы физики плазмы, Ишимару С., 1975
7. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. З., 1988
8. Теория многих частиц, Власов А. А., 1950
9. Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
10. Газовая электроника и физика плазмы в задачах, Швилкин Б. Н., 1978
11. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 2, Шафранов В. Д., ред., 1981
12. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
13. Управляемый термоядерный синтез, Киллин Д., ред., 1980
14. Собрание трудов в двух томах (комплект из 2 книг), Соловьёв Л. С., 2001
15. Физика высокотемпературной плазмы, Саймон А., Томпсон У., 1972
16. Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990
17. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
18. Вопросы теории плазмы. Выпуск 5, Леонтович М. А., ред., 1967
19. Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
20. Вопросы теории плазмы. Выпуск 9, Михайловский А. Б., ред., 1979
21. Вопросы теории плазмы. Выпуск 17, Кадомцев Б. Б., ред., 1989
22. Плазма — четвёртое состояние вещества. — 2-е изд., испр., Франк-Каменецкий Д. А., 1963
23. Природа шаровой молнии, Сингер С., 1973
24. Волны и взаимодействия в плазме твёрдого тела, Платцман Ф., Вольф П., 1975