弹性碰撞的可逆模拟
摘要：在一个d维盒子中移动的N个相同的硬球粒子的系统中，进行弹性多粒子碰撞。我们开发了一种新算法，通过一系列连续的碰撞，从碰撞后的系统状态中恢复出碰撞前的状态，几乎没有额外的存储开销。实现n粒子碰撞（其中n << N）的可逆性是一个挑战，因为每次碰撞都有nd-d-1个自由度，并且碰撞粒子之间存在复杂的几何约束。为了在传统模拟设置中反向碰撞，必须保存所有这些自由度的正向模拟的具体实现。本文通过先对角度进行伪随机化，确保在任何n和d的值下都可以确定性地反向路径。为了解决几何和动力学约束更困难的问题，我们开发了一种新方法，可以正确采样约束的相空间。将伪随机化和正确的相空间采样结合起来，实现了碰撞的完全可逆性，例如n <= 3，d=2和n=2，d=3的情况（并且原则上可以推广到更大的n）。这个结果首次实现了具有几乎零存储积累的弹性碰撞的可逆模拟。反向计算方法揭示了常规模型中的不可逆问题以及在一个最基本的物理系统过程（即硬球的弹性碰撞）中实现可逆模型所遇到的困难。在本文提出的关于在可逆随机采样中准确覆盖相空间的洞察和解决方法，可作为其他可逆模拟的模型和/或起点。
作者：Kalyan S. Perumalla and Vladimir A. Protopopescu
论文ID：1302.1126
分类：Computational Physics
分类简称：physics.comp-ph
提交时间：2013-06-13