Un ejemplo de sistemas no hamiltonianos [cerrado]

Me estoy preparando para el examen. Y necesito saber la respuesta a una pregunta que no puedo entender.

"Dé un ejemplo de sistemas no hamiltonianos: en el caso de un número infinito de partículas; para un número finito de partículas".

Espero que alguien pueda ayudarme.

Respuestas (3)

Eso es fácil. La mecánica hamiltoniana describe la dinámica reversible. Simplemente introduce la irreversibilidad en tu sistema. como fricción, disipación, viscosidad, etc.

¿Puedes responder la pregunta ahora?

En caso infinito si. ¿Qué pasa con un número finito de partículas? Creo que debería construir algún sistema para el cual no podamos escribir hamiltoniano.
¿Cuál es tu ejemplo de caso infinito?
Sistema donde la energía total no se conserva. Creo que puede ser algún movimiento de partículas que pierde su energía debido a la radiación, ¿puede ser? Lo siento, no puedo votar a favor debido a la baja reputación.
Ehhh, no sé. De hecho, puedes poner la disipación en lenguaje hamiltoniano con bastante facilidad.

Definimos un sistema hamiltoniano como la tríada ( H , METRO , ω ) de una función hamiltoniana H en una variedad de espacio de estado METRO el que está dotado de una forma simpléctica (cerrada) ω .

Dos ejemplos muy conocidos y muy estudiados pero (relativamente) simples de sistemas dinámicos que conservan energía pero que no son hamiltonianos son (1) el  trineo de Chaplygin y (2) el  traqueteo .


Nota añadida   En particular, la razón por la que la dinámica del Trineo de Chaplygin no es hamiltoniana es geométricamente elemental: la variedad de espacio de estado de un Trineo de Chaplygin es de dimensiones impares, es decir, las coordenadas espaciales x e y del trineo, la orientación angular del trineo, su momento lineal y su momento angular, mientras que las formas simplécticas existen solo en variedades pares.


Visto como un flujo en METRO , la dinámica de estos sistemas conserva la energía pero no es un simplectomorfismo. En términos termodinámicos, se cumple la Primera Ley, pero no necesariamente la Segunda Ley.

Por ejemplo, en Avances en la Teoría de Control, Señales y Sistemas con Modelado Físico leemos :

Una de las características sorprendentes de los sistemas no holonómicos es que, si bien conservan energía, no necesitan conservar volumen en el espacio de estados.

El estudio de las propiedades termodinámicas de conjuntos de estos sistemas (y otros sistemas no simplectomórficos como ellos), y sus generalizaciones cuánticas, son áreas activas de investigación.

Esto no es correcto --- el hecho de que algunas restricciones no sean holonómicas no significa que el sistema no esté descrito por un hamiltoniano. No puede tener un movimiento no disipativo que no sea hamiltoniano, requeriría información para irse sin que se vaya la energía.
@Ron, he agregado algunas definiciones y una referencia que aclara el punto.
¿La fricción es irrelevante para el traqueteo?
@Yrogirg, en las ecuaciones macroscópicas, no hay fricción. A nivel microscópico, ¡usted ha hecho una pregunta profunda! Es decir, ¿puede la mecánica cuántica abarcar restricciones mecánicas rodantes/deslizantes que tienen una ganancia de entropía cero ? No sé la respuesta a esta pregunta, y sospecho que nadie la sabe.
Un comentario: simplemente porque un sistema tiene tres variables de estado no se puede concluir que no es hamiltoniano. Un contraejemplo citado a menudo por Arnold es el de las ecuaciones de Euler para un cuerpo rígido libre (cf. web2.ph.utexas.edu/~morrison/94IFSR640_morrison.pdf , p.42). Son un ejemplo de un sistema hamiltoniano no canónico. Otro ejemplo de un sistema hamiltoniano no canónico es el flujo de fluido cuando se expresa en coordenadas eulerianas.

Yrogirg tiene razón: incluye fricción y tu dinámica hamiltoniana desaparece.

Ejemplo para una sola/pocas partículas: un cordón en un marco de alambre con fricción.

Ejemplo para un número infinito de partículas:

i) dinámica de fluidos o dinámica de sistemas cargados (excluyendo la radiación hamiltoniana)

ii) un campo cuantificado en un universo en expansión con métricas de Friedman: ds^2= dt^2- R(t)^2 (dx^2+dy^2+dz^2) donde R(t) sería el "radio " del universo.

por nombrar solo dos.

El "número finito" de grados de libertad es engañoso, porque la fricción es automáticamente un número infinito de grados de libertad, en realidad, y no hay ejemplos de fricción en un número finito de grados de libertad.
¿Cuál es la sutileza con (ii)? Clásicamente, una formulación hamiltoniana es posible, ¿no?.
@ Ron: sí, la fricción implica una infinidad de DOF, sin embargo, estos no se consideran parte del sistema bajo escrutinio, sino del medio. Promediar estos DOF ​​da como resultado fricción, pero esto solo al nivel del subsistema (abierto) considerado. Cuando se analiza el deslizamiento de las placas de metal entre sí, no siempre se menciona el campo EM cuantificado entre ellas.
@ Ron: tienes razón en lo que se refiere al caso de sólo unos pocos DOF: no puede haber fricción, hablando rigurosamente. Sin embargo, no necesitas muchas partículas para terminar con dinámicas caóticas (de las cuales admito no saber mucho). Por lo tanto, una sola trayectoria podría llenar un área completa del espacio de fase. Estadísticamente, esto es similar a dispersar un haz de puntos representativos sobre algún medio de dispersión distribuido. Esta descripción estadística (aproximada, fapp) de los pocos sistemas corporales sería entonces markoviana (ya no hamiltoniana).