Action based approach to dissipative relativistic fluid systems
University of Southampton(南安普顿大学);Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)(空间科学研究所)
提出一个包含粒子与熵的相对论双流体系统的作用量原理,通过允许熵通量耗散来引入耗散项,并恢复Cattaneo方程和相对论Navier-Stokes项,为非线性耗散相对论流体系统提供更丰富的结构。
2026-06-17 gr-qc
Global existence and exponential decay for hyperbolic dissipative relativistic fluid theories
我们考虑耗散相对论流体理论在一个固定的平坦,紧凑,全球双曲,洛伦兹流形。我们证明了,对于所有的初始数据在一个足够小的邻域的平衡态(在适当的Sobolev规范),解决方案的发展顺利的时间永远指数衰减到一些,在一般情况下未定,平衡态。为了证明这一点,对这些理论施加了三个条件。第一个条件要求方程组是对称双曲的,这是一个基本的必要条件,有一个良好的设置和物理上一致的初始值制定。第二个条件是熵定律的一般推论,并且施加在方程的非主要部分上。第三个条件是对方程的主要部分施加的,它意味着耗散影响理论的所有领域。在这些条件下,我们证明了与流体理论的方程组相关的符号的所有特征值都有严格负实部,这实际上是流体理论是完全耗散的另一种表征。一旦得到了这个结果,Kreiss、Ortiz和Reula的一般稳定性定理的直接应用就意味着上面提到的结果。
1997-02-04 gr-qc
A new causal general relativistic formulation for dissipative continuum fluid and solid mechanics and its solution with high-order ADER schemes
我们提出了一个统一的因果广义相对论制定的耗散和非耗散连续介质力学。提出的理论是第一个广义相对论理论,可以同时处理粘性流体以及固体中的不可逆变形,因此它也提供了一个完全协变的制定牛顿连续介质力学在任意曲线时空。在这样的表述中,物质被认为是一个具有非零挠率的Riemann-Cartan流形,理论的主要场是非完整基四分量场,也称为四畸变场。由于控制方程的变分性质,该理论与爱因斯坦场方程的变分结构是相容的。对称双曲型方程是我们的统一理论中唯一允许的方程,因此,所有扰动都以有限的速度传播(即使在扩散状态下),并且对于任意和规则的初始数据,控制偏微分方程的柯西问题是局部适定的,这对于所提出的模型的数值处理非常重要。然而,所讨论的双曲型方程的数值解是一个具有挑战性的任务,因为存在的刚性代数松弛型源项和非保守微分项。因此,我们的数值策略是基于一个先进的家庭的高精度ADER间断Galerkin和有限体积方法,提供了一个非常有效的框架一般松弛双曲型PDE系统。一个广泛的数值例子证明了我们的理论的相对论流动的粘性流体和变形的固体闵可夫斯基和弯曲时空的适用性。
2019-10-07 gr-qc
Relativistic Dissipative Accretion Flow onto Black Hole
耗散,例如热流、体粘滞性和剪切粘滞性,导致能量、动量和角动量的传输,这是物质吸积到天体上的本质。耗散通常由傅立叶和纳维尔-斯托克斯定律(耗散的“经典定律”)描述。然而,经典定律导致耗散的无限快速传播。在相对论表述中,经典的耗散定律违反了因果关系,因此没有天体吸积流的相对论理论。在这篇简短的报告中,我们总结了因果耗散流体动力学,即所谓的“扩展不可逆热力学”(EIT),并补充了EIT的原始工作不知道的评论,然后给出了两个关于史瓦西黑洞周围相对论耗散流的定理。通过这些定理,阐明了EIT与经典耗散律不同的一个重要性质,并得到了相对论理想流体流动精确解的耗散不稳定性。
2010-02-08 astro-ph.HE gr-qc
Causality in dissipative relativistic magnetohydrodynamics
本文研究了耗散相对论磁流体力学中线性与非线性因果性的关系,以含中性粒子流和电阻修正的粘性磁流体为例,表明线性化分析可用于理解最一般流体框架下的因果性质。
2024-11-07 gr-qc hep-ph hep-th
Relativistic thermodynamics
热力学的相对论理论是基于四个主要的物理原理发展起来的:热是能量的局部形式,因此用热能张量来描述;质量守恒,等价于热守恒,或局部第一定律;熵是局部电流;熵的不破坏,或局部第二定律。流体由各向同性的势能张量定义。熵流与其他场的关系是由某些方程,包括广义吉布斯方程的熵,其次是线性和二次项的耗散(热负熵)能量张量。然后第二定律提出了耗散能量张量的某些方程,概括了Israel- Stewart耗散关系,该关系描述了热传导和粘度,包括相对论效应和弛豫效应。在这种情况下,理想流体模型恢复。在熵的线性近似下,恢复了Eckart理论。在熵的二次近似中,该理论类似于Israel & Stewart的理论,但既不涉及状态空间微分,也不涉及非平衡吉布斯方程,也不涉及非物质框架。此外,与传统的热力学不同,能量密度不被假设为纯热能,尽管这是在线性近似中导出的。另外,由于Mueller的贡献,该理论在非相对论性的极限下退化为不可逆过程的扩展热力学.耗散能量密度似乎是一个新的物理领域,但也存在于相对论气体动力学理论中。
1999-01-29 gr-qc
On the nature of the so-called generic instabilities in dissipative relativistic hydrodynamics
它表明,所谓的通用不稳定性,出现在相对论线性不可逆热力学的框架,描述一个简单的流体接近平衡的波动,出现由于耦合的热量与流体动力学加速度出现在Eckart的形式主义的相对论不可逆热力学。此外,我们强调,这种行为应被解释为矛盾的线性不可逆热力学(LIT)的假设,即违反Onsager的假设的波动回归,而不是流体不稳定性。这种矛盾可以避免在一个相对论性的线性框架内,如果一个Meixner类似的方法的唯象方程。
2008-11-25 gr-qc hep-ph
Nonlinear perturbations for dissipative and interacting relativistic fluids
我们发展了一种协变形式来研究耗散和相互作用的相对论性流体的非线性扰动。我们推导出非线性演化方程定义为线性组合的空间梯度的局部数量的e-折叠和一些标量表征的流体,如能量密度或粒子数密度的各种covectors。对于相互作用的流体,我们分解成绝热和熵分量的扰动,并推导出它们的耦合演化方程,恢复和扩展的线性理论的背景下获得的结果。对于非耗散和非相互作用的流体,这些演化方程减少到我们在最近的工作中得到的守恒方程。我们还说明了几何意义的余向量,我们已经介绍。
2006-02-24 astro-ph gr-qc hep-ph
General first-order constitutive equations for a relativistic dissipative multi-component fluid in the presence of a weak background electromagnetic field
Universidad Autónoma Metropolitana-Cuajimalpa(墨西哥自治大学夸希马尔帕分校);Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo(米却肯圣尼古拉斯自治大学)
本文为弱电磁场中的相对论多组分等离子体建立通用一阶本构方程,考虑电磁力为耗散驱动力,满足昂萨格关系与热力学第二定律,并推导二元混合物在任意时空背景下的演化方程。
2026-09-14 gr-qc
Kinematic selection of the viscous stress in relativistic dissipative hydrodynamics
College of Physics, Jilin University(吉林大学物理学院);Computer Science, University of York(约克大学计算机科学系)
本文通过运动学构造在洛伦兹时空上推导了相对耗散流体动力学中粘性应力的结构,展示了材料框架无关性在一般 Killing 扰动下失效,并恢复于保持流动的对称性中,同时证明了 BDNK 方程的非相对论极限在粘性部分给出变形拉普拉斯算子,并应用运动学应变率推导了 Weinberg 引力波阻尼公式。
2026-05-20 gr-qc
Existence of the Chapman-Enskog solution and its relation with first-order dissipative fluid theories
从传统与形式化两种视角考察稀薄气体Boltzmann方程的Chapman-Enskog一阶解存在条件,证明两种方法在非相对论下导出相同积分方程,在相对论下源项虽形式不同但本构方程等价,并强调输运系数不变定义的重要性。
2025-04-29 gr-qc
Relativistic dissipative fluids in the trace-fixed particle frame: Strongly hyperbolic quasi-linear first-order evolution equations
本文在迹固定粒子参考系下提出新的相对论耗散流体一阶理论,证明其完整非线性方程组可转化为强双曲型一阶拟线性系统,且辅助约束可传播,从而确保 Cauchy 问题适定。
2025-04-29 gr-qc hep-th math.AP
The Rest-Frame Instant Form of Relativistic Perfect Fluids and of Non-Dissipative Elastic Materials
对于具有状态方程$ρ= ρ(n,s)$的理想流体,Brown给出了一个作用量原理,它只依赖于流体的Lagrange坐标$α^i(x)$,而不依赖于Clebsch势。通过对闵可夫斯基时空中任意类空超曲面的重新表述,给出了这些理想流体的Wigner协变静止标架瞬时形式。对于尘埃和光子气体,它们的哈密顿不变质量可以用封闭形式给出。给出了耦合到四分体引力的作用。在静止标架Wigner超平面上研究了理想流体的Dixon多极子。它也表明,同样的形式主义可以适用于非耗散相对论弹性材料描述的拉格朗日坐标。
2000-03-13 astro-ph gr-qc hep-th
Dissipative Processes in the Early Universe: Bulk Viscosity
在这次演讲中,我们讨论了一个可能发生在早期宇宙中的耗散过程。我们假设填充各向同性和均匀背景的物质是由相对论粘性流体描述的,其特征在于由最近的格点量子色动力学计算和重离子碰撞实验推导出的超相对论状态方程和有限的体粘滞性。我们集中处理体粘滞作为快速膨胀的早期宇宙中的基本耗散过程之一,推导出的标度因子和哈勃参数的依赖于共动时间$t$。我们发现在$t=0$处尺度因子和哈勃参数都是有限的,相对于没有奇异性。我们还发现,它们的演化显然不同于当假设背景物质是一个理想的和非粘性流体时产生的结果。
2009-11-20 gr-qc
Relativistic dissipative fluids in the trace-fixed particle frame: Hyperbolicity, causality, and stability
提出迹固定粒子参考系中的一阶相对论耗散流体理论,证明在单一不等式下具有双曲性、因果性和全局稳定性,并恢复低波数阻尼模式。
2025-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dissipative collapse of axially symmetric, general relativistic, sources: A general framework and some applications
在广义相对论的背景下,我们对轴对称(和反射)源的坍缩进行了一般性的研究。所有的基本方程和概念需要进行这样的一般性研究部署。这些方程是针对一般各向异性耗散流体而写的。所提出的方法允许分析研究以及数值应用。从Israel-Stewart理论推导出的因果输运方程,讨论了一些热力学方面的问题。一组标量函数(结构标量)来自黎曼张量的正交分裂的计算和它们的作用在源的动力学清楚地显示。讨论了该源所发射的引力辐射的特征。
2014-04-09 astro-ph.CO gr-qc
The Case for Hyperbolic Theories of Dissipation in Relativistic Fluids
在本文中,我们强调的事实是,相对论耗散流体的双曲理论的物理内容,一般来说,比抛物面的更广泛。这是证实了提出了一个广泛的耗散流体的行为明显偏离纳维尔-斯托克斯的。
1998-12-02 astro-ph gr-qc
Dissipative fluids out of hydrostatic equilibrium
在耗散流体的Müller-Israel-Stewart二阶唯象理论的背景下,我们分析了相对论性流体中的热传导和粘度的影响,就在它离开流体静力学平衡之后,在弛豫时间的量级的时间尺度上。稳定性和因果关系的条件进行了对比的条件,“有效惯性质量”消失。
1997-10-21 gr-qc
Dissipative superfluid relativistic magnetohydrodynamics of a multicomponent fluid: the combined effect of particle diffusion and vortices
我们制定耗散磁流体动力学方程的有限温度超流和超导带电相对论混合物,考虑到粒子扩散的影响和可能存在的Feynman-Onsager和/或Abrikosov涡系统。该方程依赖于一些现象学的传输系数,其中描述,特别是,相对运动的不同粒子种类和它们与涡的相互作用。我们演示了如何将这些传输系数的相互摩擦参数和动量传递率在微观理论中产生的。由此产生的方程可以用来研究,在一个统一的和连贯的方式,非常广泛的现象与动力学过程中的中子星,例如,磁热演化、恒星振荡和阻尼以及中子星中各种流体动力学不稳定性的发展和抑制。
2021-11-01 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Heat conduction in relativistic systems: alternatives and perspectives
相对论系统的非平衡态热力学具有丰富的唯象性。耗散过程类中最简单的现象是热。这封信提出了一个简短的总结所作的努力,以解决问题的相对论热传导。特别是,我们专注于相对论耗散的多流体方法。
2010-11-30 gr-qc
Perturbations of relativistic dissipative stars
本文基于 BDNK 一阶因果稳定耗散流体理论,线性化分析球对称自引力相对论恒星的微扰,分别导出轴向与极向扇区的耦合波动方程并恢复因果性界限。
2025-09-01 astro-ph.HE gr-qc
Dissipative Magnetohydrodynamics for Non-Resistive Relativistic Plasmas
基于非电阻性(一般)相对论粘性等离子体的14矩封闭,我们描述了一个新的数值方案,能够处理所有的一阶耗散效应(热传导,体和剪切粘度),以及各向异性诱导的存在下的磁场。后者根据热陀螺频率或等效地热拉莫尔半径来参数化,并且允许正确地捕获热霍尔效应。通过求解一个扩展的Israel-Stewart-like系统的耗散量,通过刚性松弛强制执行代数约束,我们能够将所有一阶耗散项转换为通量发散形式。这使我们能够应用传统的高分辨率激波捕捉方法的方程,使该系统适用于高湍流的数值研究。我们提出了几个数值测试,以评估我们的数值方案在平坦时空的鲁棒性。14矩闭合可以无缝地插值于中子星合并中发现的高度碰撞极限和适用于黑洞吸积问题中弱碰撞等离子体的相对论布拉金斯基磁流体力学的高度各向异性极限之间。我们相信,这种新的配方和数值方案将是有用的相对论磁化流的广泛的类。
2021-09-07 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Causality Bounds on Dissipative General-Relativistic Magnetohydrodynamics
本文推导了在弯曲时空中具有扩散效应的 Braginskii 磁流体动力学相对论推广满足因果性和强双曲性的充要条件,发现因果性严格限制了非理想效应和动力学不稳定性,对评估超大质量黑洞附近等离子体模拟的有效范围至关重要。
2024-08-30 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Dissipative relativistic fluid flow: A simple Lorentz invariant causal model capturing entropy shocks in its zero viscosity limit
City University of Hong Kong(香港城市大学)
本文提出一种洛伦兹不变的相对论流体模型,通过替换欧几里得拉普拉斯算子为流体四速度的波算子,解决了零粘度极限下熵激波的描述问题,证明了模型的因果性和稳定性。
2026-09-18 gr-qc math.AP
Cascades and Dissipative Anomalies in Relativistic Fluid Turbulence
我们开发的第一原理理论的相对论流体湍流在高雷诺数和Péclet数。我们遵循一个确切的方法开创了Onsager,我们解释为一个非微扰应用的原则重整化群不变性。我们得到的结果非常类似于那些非相对论湍流,在惯性范围内的流体动力学场被描述为相对论欧拉方程的分布或“粗粒度”的解决方案。然而,这些解不满足光滑欧拉解的朴素守恒定律,而是在内能和熵的平衡方程中受到耗散反常的影响。异常被证明是可能的,正是两种机制,当地级联和压力功缺陷。我们推导出“4/5定律”型表达式的异常,这使我们能够表征其非零所需的奇异性(结构函数标度指数)。我们还研究了惯性范围通量的洛伦兹协方差,我们发现我们的粗粒化正则化打破了,但恢复的限制,正则化被删除,类似于相对论晶格量子场论。在光速趋于无穷大的形式极限中,我们恢复了以前非相对论理论的结果。特别是,相对论性内能的异常热输入在该极限下与非相对论性动能的异常耗散相一致。
2017-04-11 astro-ph.HE gr-qc math-ph
Evolution equations for the perturbations of slowly rotating relativistic stars
我们提出了一个新的推导方程的振荡慢旋转的相对论性恒星。以前的研究大多是在Regge-Wheeler规中进行的。然而,在这个规范的线性化过程中的爱因斯坦场方程导致微扰方程,因此不能用来执行数值时间演化。只有通过巧妙地组合和重新排列扰动变量的繁琐过程,系统才能转化为一组双曲一阶方程,然后很好地适合于数值积分。方程仍然很长,因此我们在不同的规范下重新推导了微扰方程,这是Battiston等人(1970)首先提出的。使用ADM形式主义,一个是立即导致一阶双曲型发展系统,这是非常简单的,可以在没有许多进一步的操作进行数值积分。此外,极坐标方程和轴向方程之间的对称性变得非常明显。
2001-11-23 astro-ph gr-qc
Dynamical Density Fluctuations around QCD Critical Point Based on Dissipative Relativistic Fluid Dynamics-possible fate of Mach cone at the critical point-
本文件有两个目的。首先,我们利用耗散相对论流体动力学研究了量子色动力学(QCD)临界点(CP)附近的动力学密度涨落,其中考虑了密度涨落与其它守恒量涨落的耦合。结果表明,在QCD CP中,与密度涨落直接耦合的声模被衰减,而热模则成为真正的软模。在此基础上,我们对QCD CP附近的马赫锥作为CP存在的信号的可能命运进行了推测。其次,我们澄清了所谓的一阶相对论流体动力学方程一般没有问题,以描述流体动力学现象与长波长相反,一个天真的怀疑,而即使是Israel-Stewart方程,一个流行的二阶方程,可能无法描述的流体动力学模式一般取决于弛豫时间的值。
2009-08-28 gr-qc hep-ph hep-th
Physical causes of energy-density inhomogenization and stability of energy-density homogeneity in relativistic self--gravitating fluids
我们确定的因素负责的外观的能量密度不均匀性在自引力流体,并描述这些因素的演变,从最初的均匀分布。研究表明,外尔张量和/或压力的局部各向异性和/或耗散通量的特定组合会导致能量密度不均匀性的形成。不同的情况下进行了详细的分析,并在耗散流体的特殊情况下,松弛过程的作用,以及非局部效应。
2011-09-27 astro-ph.CO gr-qc
Nonlinearly Causal General-Relativistic Two-Fluid Dissipative Magnetohydrodynamics
California Institute of Technology(加州理工学院)
本文提出广义相对论19矩耗散磁流体动力学表述,推导非线性因果条件,开发高性能激波捕获格式,并验证于黑洞吸积等场景,捕获重联率等关键特征。
2026-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Density perturbations with relativistic thermodynamics
我们调查宇宙学密度扰动的协变和规范不变的形式主义,结合相对论因果热力学给出一个自洽的描述。密度不均匀性的梯度协变地分裂成一个标量部分,等价于通常的密度扰动,一个由涡度决定的旋转矢量部分,和一个描述形状的张量部分。在一般耗散情况下,我们给出了这些部分的演化方程。因果热力学给出了粘性应力和热通量的演化方程,这些方程与密度微扰方程以及熵和温度微扰方程相耦合。在一般耗散情形下,我们给出了完全耦合系统,并在某些情形下对系统进行了简化。一个配套文件使用的一般形式主义来分析阻尼的密度扰动之前,最后散射。
1997-09-12 astro-ph gr-qc
Dissipative Collapse Through the Critical Point
提出了一个包含热预弛豫过程的热传导坍缩星的相对论模型。特别注意的是一个给定的参数定义的热力学变量的影响,进化的结果。当通过上述参数的临界值时,系统的评估不会产生异常行为的证据。
1998-05-11 astro-ph gr-qc
Modeling general-relativistic plasmas with collisionless moments and dissipative two-fluid magnetohydrodynamics
Princeton University(普林斯顿大学);Institute for Advanced Study(高等研究院);Flatiron Institute, Simons Foundation(西蒙斯基金会平顿研究所);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
本文提出基于14矩的完全相对论协变双流体模型,直接从Boltzmann-Vlasov方程导出广义Israel-Stewart型方程组,能捕捉各向异性压力与热通量等非理想效应,为黑洞吸积及致密天体周围等离子体模拟提供新框架。
2026-09-21 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Symmetry Duality: Exploring Exotic Oscillators And Dissipative Dynamics Through The Glass Of Newton-Hooke
本文以 anti-de Sitter 非相对论极限对称为动机,用直接与间接 Lagrangian 表述研究奇异谐振子及 Bateman 耗散振子,并借助一阶相空间和 moment map 揭示扩展 NH 对称代数。
2024-01-23 cond-mat.other gr-qc hep-th