一类宏观量子(流体)方程的渐近行为

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最近,四阶抛物方程因其在现代应用科学中的重要应用,如用于研究相变的Cahn-Hilliard方程,描述固体表面微滴的扩散过程的薄膜(thin film)方程,及模拟半导体电荷运输的量子流体力学(quantum hydrodynamics)方程(参见文献[2,3])等,而被引起广泛关注和研究兴趣.本文研究出现于量子流体力学(QHD)理论分析中的一类一维四阶抛物方程的初值问题其中ρ=ρ(x,t)>0表示密度,在量子流体动力学中,ρ表示粒子的宏观概率密度分布.压力函数p=p(ρ)满足p′(ρ)>O,ρ>0,ρ±>0是给定常数.ε>0是度量化(scaled)的Planck常数.本文研究初值问题(1)整体强解存在性及大时间行为. 依据量子流体动力学的半经典极限理论(参见文献[19]),我们可以形式地在方程(1)<,1>中令Planck常数ε→0,(事实上,在量子力学中,ε是一个很小的数),可以得到如下的一维拟线性抛物方程ρ<,t>=p(ρ)<,xx>. (2)我们将在本文中证明,如果|ρ+-ρ-|<<1,z<,0> ∈ H<4> (R),并且‖z<,0>(x)‖H<4>(R)充分小,则初值问题(1)有唯一的整体强解ρ,并且对任意的T>0,满足ρ-W ∈L<∞>(0,T;H<3>(R))∩ L<2>(0,T;H<5> (R)). 此外,当时间趋于无穷时,初值问题(1)的解ρ渐近收敛于方程(2)的自相似解W,
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