无碰撞等离子体流与湍流中的广义熵产生

无碰撞等离子体在被激发后呈现非热粒子分布；因此，相对于热态，它们进入一种低 Boltzmann-Gibbs (BG) 熵的状态。Vlasov 方程预言，在具有封闭边界的无碰撞等离子体中，BG 熵与一无穷集合的 Casimir 不变量形式上是守恒的；这提供了一个看似很强的约束，或可解释等离子体如何维持低熵。然而，人们普遍认为熵产生是由相位混合或非线性熵级联所促成的。此类反常熵产生是否发生，以及如何定量刻画它，是等离子体物理中的一个基本问题。我们基于由 Casimir 不变量导出的理想守恒量纲量构建了一个刻画（广义意义上的）熵产生的新的理论框架；这些量被称为“Casimir 动量”，它们推广了 BG 熵。Casimir 动量相对于平均粒子动量的增长表明熵产生。我们将该框架应用于量化相对论性等离子体中层流与驱动湍流在粒子网格模拟中的熵产生，其中高效的为非热粒子加速所实现。我们证明，尽管存在非热特征，湍流仍产生了大量反常熵。这些结果对为非热粒子加速建立简化模型，以及诊断无碰撞等离子体（如太阳风与地球磁层）中的不可逆耗散具有启示意义。类似于 Casimir 动量的广义熵的量纲表示或可用于统计物理中的其他问题。