Космология: бесстолкновительные и столкновительные жидкости?

Я пытаюсь понять разницу между бесстолкновительными и столкновительными жидкостями в космологии. Мой первый вопрос заключается в следующем.

В контексте космологии FLRW мы предполагаем, что Вселенную можно описать в терминах смеси жидкостей с:

Т мю ν "=" ( р с 2 + п ) ты мю ты ν + п г мю ν

  • Когда мы это пишем, предполагаем ли мы бесстолкновительную или столкновительную природу жидкостей?
  • Если это описание соответствует столкновительным жидкостям, то почему космологические симуляции являются симуляциями N тел (бесстолкновительные), а не просто основаны на гидродинамике?
  • Можем ли мы решить уравнения бесстолкновительной системы без использования частиц (а только ячеек с физическими свойствами, как в случае столкновений)?
  • В очень большом масштабе (масштаб однородности), когда нас не интересует формирование локальных структур (таких как галактики и сверхскопления), важно ли бесстолкновительное/столкновительное описание?
Вы можете (и должны!) принять оба типа моделей жидкости и вычислить, какая из них подходит лучше. Я не знаю, что все космологические расчеты (численные или нет) являются симуляциями n тел или что симуляции n тел исключают моделирование столкновений (они этого не делают). Имеют ли столкновения значение в очень больших масштабах? Зависит от того, что вы подразумеваете под «материей» и «очень большим масштабом», не так ли? Для первого порядка распределение материи вообще не имеет «значения», пока оно «достаточно» однородно.
Плотность и температуры в межзвездной среде низки и достаточно высоки, чтобы плазму можно было считать бесстолкновительной. На самом деле масштаб времени столкновения даже в солнечном ветре составляет примерно одно кулоновское столкновение в день. Однако межзвездная пыль может быть нейтральной и на нее могут влиять столкновения. Тем не менее, я не уверен, достаточно ли пыли, чтобы оказать существенное влияние на галактики или скопления (здесь мне может помочь эксперт).

Ответы (2)

  • В : Когда мы это пишем, предполагаем ли мы бесстолкновительную или столкновительную природу жидкостей?
  • A : Это тензор энергии-импульса идеальной жидкости. Глава 2.26.
  • В : Если это описание соответствует столкновительным жидкостям, то почему космологические симуляции являются симуляциями N тел (бесстолкновительные), а не просто основаны на гидродинамике?
  • О : Космологические симуляции не всегда являются симуляциями N тел. Физики часто предполагают, что темная материя практически бесстолкновительна . Это предположение подтверждается, например, рассмотрением скопления пули , где галактики сталкиваются, а темная материя не взаимодействует сама с собой или с барионной материей: расчеты самодействия темной материи от скопления пули . С другой стороны, барионную материю можно считать столкновительной, но часто ею можно пренебречь.
  • В : Можем ли мы решить уравнения бесстолкновительной системы без использования частиц (а только ячеек с физическими свойствами, как в случае столкновений)?
  • О : Да, это возможно. Бесстолкновительное уравнение Больцмана описывает бесстолкновительную материю ( раздел 30.5 ), и его можно разбить на ячеистую сетку (на ячейки). Также нужно было бы иметь фазовое пространство для трех координат скорости; они также могут быть дискретизированы. Кроме того, нужно было бы решить релятивистское уравнение Пуассона, которое описывало бы взаимодействие с гравитацией.
  • В : В очень большом масштабе (масштаб однородности), когда нас не интересует формирование локальных структур (таких как галактики и сверхскопления), становится ли важным описание бесстолкновений/столкновений?
  • О : Это зависит, по крайней мере, от: а) того, является ли материя сильно столкновительной или нет, и б) какой тип физики нас интересует. Например, темная материя обычно считается не столкновительной, но почти черной . отверстия шанс для столкновений увеличивается .

Дополнительные замечания:

Ваше уравнение применимо к идеальной жидкости, не имеющей вязкости. Моделирование N тел предназначено только для темной материи, и обычно предполагается, что темная материя взаимодействует только гравитационно. Есть гидродинамические симуляции, включающие барионы, но они требуют больших вычислительных ресурсов и поэтому обычно используются для меньших симуляций. Если вас интересует только средняя ("фоновая") эволюция в больших масштабах, то столкновительная природа не важна.

Космология: бесстолкновительные и столкновительные жидкости?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v