
【化】 adiabatic invariant
dip; immerse; soak; steep; swim
【医】 dip; immerse; immersion; infusion
gradually
invariant
【化】 invariant
浸渐不变量(Adiabatic Invariant)是物理学中描述系统在参数缓慢变化时保持近似守恒的物理量。该概念在经典力学与量子力学中均有重要应用,其核心特性体现在系统演化过程中外界参数变化速率远小于系统固有频率的条件下。
经典力学中的浸渐不变量
在哈密顿力学框架下,当系统的外部参数(如势场形状或约束条件)随时间缓慢变化时,系统的绝热不变量可表示为作用量积分: $$ J = oint p , dq $$ 其中$p$为广义动量,$q$为广义坐标。例如,磁约束等离子体中带电粒子的磁矩$mu = frac{mv_perp}{2B}$即属于此类不变量(参考:Goldstein《Classical Mechanics》第3版)。
量子系统的浸渐定理
量子力学中,若哈密顿量$H(t)$随时间缓慢变化,初始处于本征态$psi_n(0)$的系统将保持在该瞬时本征态$psi_n(t)$,且量子数$n$不变。这一特性为量子绝热近似的基础,应用于原子能级跃迁和拓扑相变研究(参考:Griffiths《Quantum Mechanics》第2版)。
应用实例
该理论由Paul Ehrenfest于1916年首次系统阐述,后经Landau和Lifshitz发展为现代标准表述。当前研究已扩展至非平衡系统的广义绝热不变量领域(参考:Landau《Statistical Physics》第5卷)。
浸渐不变量(Adiabatic Invariant)是经典力学和物理学中的一个重要概念,指在系统参数发生缓慢变化时,某一物理量在一阶近似下保持守恒的现象。以下是其核心要点:
浸渐不变量描述的是周期性运动系统在外部参数(如磁场强度、摆长等)缓慢变化时的守恒量。这里的“缓慢”指参数变化速率远小于系统的运动周期(即 $frac{|dot{lambda}|}{|lambda|} ll |Omega|$,$Omega$为系统固有频率)。例如,单摆的摆长缓慢变化时,其能量与周期的乘积 $E cdot T$ 近似守恒。
浸渐不变量通常表示为作用量积分: $$ J = oint p , dq $$ 其中 $p$ 是正则动量,$q$ 是对应的广义坐标,积分沿系统的一个运动周期进行。对于一维系统,$J$ 对应相空间中闭合曲线围成的面积。
浸渐不变量适用于参数变化足够缓慢的准静态过程,且系统需满足周期性运动条件。高阶浸渐不变量可能涉及更复杂的摄动分析。
“浸渐”在汉语中意为“逐渐、渐进”(如《论衡》中“物之生长,皆有浸渐”),强调参数变化的缓慢性。
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