分层磁流体静力平衡的亚稳态及其弛豫

受聚变、空间和天体物理等离子体中能量爆炸性释放的启发，我们考虑了分层磁流体动力学（MHD）平衡态针对直磁通管二维交换的非线性稳定性。我们证明，即使在这一受限的动力学类别中，平衡态的线性稳定性也不能保证其非线性稳定性：平衡态可能是亚稳态的。我们表明，在非扩散二维动力学下，亚稳态平衡态可访问的最小能量状态可以通过求解组合优化问题找到。这些最小能量状态很好地近似于我们在模拟中 destabilised 亚稳态平衡态所达到的最终状态，其中湍流混合被粘度抑制。为了预测完全湍流弛豫的结果，我们基于玻尔兹曼混合熵最大化构建了一种统计力学理论。该理论类似于无碰撞恒星系统和等离子体的 Lynden-Bell 统计力学，以及二维涡旋湍流的 Robert-Sommeria-Miller (RSM) 理论。对于亚稳态平衡态足够大的扰动，我们的理论很好地复现了数值模拟的结果。