理想等离子体流中阿尔文定理的破坏

本文提出了关于理想等离子体中磁通量守恒因非线性效应而破坏的严格结果和物理理论。我们的分析基于磁流体动力学(MHD)模式在长度尺度 $>\ell$ 上的有效方程,其中较小尺度被消除,如同重正化群方法。我们证明,对于任意小的长度尺度 $\ell$,并且在没有任何非理想性的情况下,磁通量守恒可以被违反,但前提是奇异电流片和奇异涡片都存在并以足够大的维度相交。这一结果为快速湍流重联理论提供了分析支持和严格约束。在数学上,我们的定理类似于Onsager关于流体动力学湍流中能量耗散异常的结果。作为一种物理现象,理想MHD中磁通量守恒的破坏类似于通过量子化磁通线的相位滑移,窄超导环中磁通量的衰减。这种效应在数值MHD模拟和中等高磁雷诺数的实验室等离子体实验中都应该可以观察到。