Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 理學院
  3. 物理學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/50267
完整後設資料紀錄
DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor闕志鴻
dc.contributor.authorKuan-Wei Huangen
dc.contributor.author黃冠維zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-15T12:34:26Z-
dc.date.available2016-08-24
dc.date.copyright2016-08-24
dc.date.issued2016
dc.date.submitted2016-08-01
dc.identifier.citationT. Chiueh. Dynamical quantum chaos as fluid turbulence. pre, 57:4150–4154, April 1998. doi: 10.1103/PhysRevE.57.4150.
W. Hu, R. Barkana, and A. Gruzinov. Fuzzy Cold Dark Matter: The Wave Properties of Ultralight Particles. Physical Review Letters, 85:1158–1161, August 2000. doi: 10.1103/PhysRevLett.85.1158.
E. Madelung. Quantentheorie in hydrodynamischer Form. Zeitschrift fur Physik, 40: 322–326, March 1927. doi: 10.1007/BF01400372.
H.-Y. Schive, Y.-C. Tsai, and T. Chiueh. GAMER: A Graphic Processing Unit Accelerated Adaptive-Mesh-Refinement Code for Astrophysics. apjs, 186:457–484, February 2010. doi: 10.1088/0067-0049/186/2/457.
H.-Y. Schive, T. Chiueh, and T. Broadhurst. Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave. Nature Physics, 10:496–499, July 2014. doi: 10.1038/nphys2996.
T.-P. Woo and T. Chiueh. High-Resolution Simulation on Structure Formation with Extremely Light Bosonic Dark Matter. apj, 697:850–861, May 2009. doi: 10.1088/0004-637X/697/1/850.
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/50267-
dc.description.abstractψ 暗物質的動力學可用薛丁格–泊松 (Schrödinger-Poisson) 方程式加
以描述。我們使用 Lax–Wendroff 方法在流體形式下做數值計算。我們
以一些已知的解析解(如:平面波、微擾波、高斯波包、駐波、與漩
渦對)測試程式的準確度。演算法中產生的一些數值問題可以藉由數
值逸散、數學形式的改變、與通量項正規化加以改進。
zh_TW
dc.description.abstractThe dynamics of the quantum wave dark matter (ψDM) can be described by the Schrödinger-Poisson equation. We numerically solve it in hydrodynamic form by the Lax–Wendroff method. The accuracy of the program is tested with several analytic solutions, e.g., plane wave, perturbation wave, Gaussian wave packet, standing wave, vortex pairs. We encounter some numerical problems so that we improve the algorithm by adding numerical diffusion, slightly changing the mathematical form, and regularizing the flux term.en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-15T12:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-105-R03222078-1.pdf: 10552779 bytes, checksum: fab262ae7b3e132c9ea9cf556422a0b5 (MD5)
Previous issue date: 2016
en
dc.description.tableofcontents誌謝 v
摘要 vii
Abstract ix
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 The Schrödinger-Poisson Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Quantum Theory in Hydrodynamic Form . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3.1 Motive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3.2 The Madelung Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Numerical Scheme 5
2.1 Outline of the Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 Discretization of the Main Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1 Recall the Target Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2 Discretization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Numerical Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1 The Lax–Wendroff Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.2 Primary Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.3 Flux for Half Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.4 Half Step Array and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.5 Flux for One Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.6 Full One Step Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.7 CFL Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Simulations and Results 15
3.1 Accuracy Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Traveling Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.1 1D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3 Gaussian Wave Packet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4 Perturbation Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4.1 1D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4.2 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 Standing Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 Vortex Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4 Discussion 47
4.1 Analysis of the Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 The Choice Between ∇sqrt(rho)∇sqrt(rho) and ∇(rho)∇(rho)/(4*rho). . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3 Numerical Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4 The Vortex Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4.1 Recall the Vortex Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.4.2 Regularization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4.3 Smoothing the Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.4.4 Results After Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5 Summary 59
6 Appendix 61
6.1 Pseudocode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.1.1 Primary Array for Density and Momentum . . . . . . . . . . . . 61
6.1.2 Flux for Half Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.1.3 Half Step Array and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.1.4 Flux for One Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.1.5 Full One Step Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Bibliography 65
dc.language.isoen
dc.subject暗物質zh_TW
dc.subject宇宙學zh_TW
dc.subject數值模擬zh_TW
dc.subject宇宙結構形成zh_TW
dc.subjectsimulationen
dc.subjectcosmic structure formationen
dc.subjectcosmologyen
dc.subjectdark matteren
dc.title使用數值方法解流體形式的薛丁格方程式zh_TW
dc.titleNumerically solving the Schrödinger equation in hydrodynamic formen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear104-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee陳宜良,薛克民
dc.subject.keyword數值模擬,宇宙學,暗物質,宇宙結構形成,zh_TW
dc.subject.keywordsimulation,cosmology,dark matter,cosmic structure formation,en
dc.relation.page65
dc.identifier.doi10.6342/NTU201601646
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2016-08-02
dc.contributor.author-college理學院zh_TW
dc.contributor.author-dept物理學研究所zh_TW
顯示於系所單位:物理學系

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
ntu-105-1.pdf
  未授權公開取用
10.31 MBAdobe PDF
顯示文件簡單紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved