朗道阻尼

种类

朗道阻尼

朗道阻尼是等离子体中由于波和粒子之间的共振导致的波阻尼，是一种无碰撞阻尼，最初是在1946年由苏联物理学家列夫·朗道提出的。人们一度认为物理上没有这种机制，这只是纯粹的数学结果。J.M.Dawson从波和粒子的能量交换的角度推导出朗道阻尼，1960年代又在实验上证实了这个现象。

在麦克斯韦速度分布中，速度略大于<math>v_{ph}</math>的粒子总比略小于<math>v_{ph}</math>的粒子数目多朗道阻尼的起因是波和粒子之间的相互作用而导致的能量交换。相速度为<math>v_{ph}</math>的波能够与速度近似为<math>v_{ph}</math>的粒子发生强烈的相互作用，其结果是速度略微大于<math>v_{ph}</math>的粒子减速，失去能量，速度略微小于<math>v_{ph}</math>的粒子加速，得到能量。考虑在一个具有麦克斯韦速度分布的无碰撞等离子体中，速度略微大于<math>v_{ph}</math>的粒子总是比速度略微小于<math>v_{ph}</math>的粒子数目稍微少一点，其结果是得到能量的粒子比失去能量的粒子越多，粒子的总能量增加，则波的总能量减少，这样就表现为波的一种阻尼效应。如果波和粒子的速度相差很远，比如电磁波以光速传播，远大于电子、离子的热运动速度，则不会有朗道阻尼。

朗道阻尼也可以用一种直观但并不严格的物理情景解释，如右图所示。将朗缪尔波想像成海洋上的波浪，粒子如同漂浮在上面的船。如果船运动的速度略微小于波浪传播的速度，在与波浪相对静止的参考系看来，粒子被波浪推动；反之如果船的运动速度略微大于波速，粒子则推动波浪。

种类

朗道阻尼通常可以分为线性朗道阻尼和非线性朗道阻尼两种。朗道阻尼在短波情况下表现得很显著，在长波情况下则可以忽略。这就是为什么实验上通常只能观察到长波的等离子体波，而难以观察到短波的等离子体波。