Integrables System
Ein integrables System ist ein dynamisches System, welches eine besonders hohe strukturelle Ordnung und explizite Lösbarkeit besitzt. Integrablität bedeutet, dass das System eine tieferliegende mathematische Struktur besitzt, die seine explizite Lösung durch systematische Methoden erlaubt. Durch die Lösbarkeit des Systems erhält man insbesondere eine präzise Vorhersage des Langzeitverhaltens des Systems, was solche Systeme von chaotischen Systemen unterscheidet. Es existiert keine einheitliche formale Definition des Begriffs integrables System, der Begriff wird in verschiedenen Kontexten unterschiedlich verwendet.
In der klassischen Mechanik bezeichnet man ein System als integrabel, wenn es Liouville-integrabel (s. u.) ist, das heißt, wenn es genügend viele in Involution stehende (s. u.) Erhaltungsgrößen besitzt. Für quantenmechanische Systeme existiert der Begriff der Quantenintegrabilität. In moderneren Ansätzen wird ein System als integrabel bezeichnet, wenn es explizit gelöst werden kann, etwa durch Methoden wie die inverse Streutransformation, Riemann-Hilbert-Analyse oder determinantenbasierte Verfahren. Der Fokus liegt dabei weniger auf der Existenz struktureller Kriterien wie zum Beispiel Lax-Paaren oder Symmetrien, sondern auf tatsächlicher Lösbarkeit und Kontrolle der asymptotischen Regionen, das heißt das Verhalten in den Grenzregionen.
Integrable Systeme treten in zahlreichen Bereichen der Mathematik und Physik auf, darunter in der Theorie der nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen (z. B. Korteweg-de-Vries-Gleichung, nichtlineare Schrödingergleichung), in der statistischen Mechanik (z. B. Ising-Modell, XXZ-Modell), der Wahrscheinlichkeitstheorie (z. B. Zufallsmatrizen, integrablen Wahrscheinlichkeit, TASEP), der Darstellungstheorie, der algebraischen Geometrie und weiter. Der Begriff der Integrablen Methode (IM) steht dabei für ein einheitliches methodisches Gerüst, das viele dieser scheinbar unterschiedlichen Anwendungen miteinander verbindet.
- ↑ Percy Deift: Fifty Years of KdV: An Integrable System. 2019, arxiv:1902.10267 [abs].
- ↑ Percy Deift: Fifty Years of KdV: An Integrable System. 2019, S. 5–6, arxiv:1902.10267 [abs].