动力学（dynamics）与动理学（kinetics）概念辨析

在物理学和工程学中，动理学（kinetics）是经典力学的一个分支，它关注运动与其原因之间的关系，特别是力和矩。自 20 世纪中叶以来，“动力学（dynamics）”（或“分析动力学（analytical dynamics）”）一词已在很大程度上取代了物理学教科书中的“动理学（kinetics）”，尽管该术语仍在工程中使用。

在等离子体物理学中，动理学（kinetics）是指研究速度空间中的连续性。 这通常是在非热（非麦克斯韦）速度分布或扰乱热分布的过程中。 这些“动理学等离子体（kinetics plasmas）”不能用流体方程充分描述。

动理学（kinetics）一词也用于指代化学动理学，特别是在化学物理和物理化学中。在此类用途中，经常使用或暗示限定词，例如：“物理动理学”、“晶体生长动理学”等。

所谓动理学，研究的是系统粒子在相空间分布函数的演化。粒子在相空间的分布函数是对多粒子体系的最精确的描述。

在刚传入国内的时候，kinetic theory 是翻译为“动力学”的，但这与力学中的 dynamic theory 无法区分，而两者的处理对象和处理方法有明显差别。于是后来便约定将 kinetic theory 翻译为“动理学”。

动理学方法和流体力学方法都是研究多粒子体系（固液气、等离子体等）物理性质的理论工具，但动理学方法与流体力学方法的三维坐标空间描述不同，它通常是在六维的“坐标-速度”空间来描述，而且还可以扩展到 6   N 6\ N 6 N 维空间。

之所以需要用速度空间来描述，是因为有些多粒子体系的行为和它们粒子的速度状态有密切关系，因此仅仅在坐标空间作描述就不够了。多粒子体系中最常见的动理学问题是粒子间的相互作用对其速度与空间状态的影响。

当体系是由中性粒子组成时，粒子间只有接近到原子或分子的半径范围内时才会发生相互作用，我们通常用碰撞来描述它。因此碰撞及其引起的输运过程是动理学方法最早也是最主要的研究对象。这就是我们熟知的分子动理学。

但如果体系是由带电粒子组成（如等离子体体系），它们之间通过库仑力相互作用，即使考虑了多体造成的屏蔽影响（即德拜屏蔽），库伦力的力程仍然远大于粒子间距。于是当带电粒子相互接近时，在发生碰撞前就受到了长时间、远距离的相互作用，这就不能仅用分子动理学中的碰撞与输运来描述了。描述这类体系的动理学理论也就比固液气的要复杂的多。

通常把带电粒子间的相互作用以德拜长度为界，在定性上分成两部分：即粒子间距小于德拜长度的短程相互作用和大于德拜长度的长程相互作用。

对短程相互作用仍沿用中性粒子情况下的碰撞图像，但其定量描述要作一定的修改；而大量粒子参与的长程相互作用，则用自洽场来描述。在许多等离子体中这两类物理过程的特征时间尺度和空间尺度可以相差多个数量级，因此可以分别加以研究。这样就形成了等离子体动理学理论的两大部分：碰撞和输运理论及自洽场的弗拉索夫（Vlasov）理论。

动理学所要处理的，往往是多元的， 6   N 6\ N 6 N 维空间的高度非线性微分方程组，要直接求得解析解基本上是不可能的。最常用的简化手段是“无碰撞化”以及“线性化”。

“无碰撞”假设是弗拉索夫理论的核心。即假设带电粒子间的相互作用可以用所有带电粒子产生的场对特定带电粒子的作用来描述，而忽略了粒子之间的短程相互作用（如“碰撞”），相当于自洽场近似（也称平均场近似）。对目前磁约束聚变所研究的高温（ > 1   k e V ≈ 1 0 7   K >1\ \mathrm{keV}\approx 10^{7}\ \mathrm{K} >1 keV≈107 K）、短时间（ < 10   s