相对论量子力学和场论中的非线性Klein-Gordon方程的Backlund变换

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史瓦西度规克莱因戈登方程的解

史瓦西度规克莱因戈登方程的解

史瓦西度规克莱因戈登方程的解(原创版)目录1.史瓦西度规克莱因戈登方程的概述2.史瓦西度规克莱因戈登方程的解法3.史瓦西度规克莱因戈登方程的解的含义4.史瓦西度规克莱因戈登方程的解在物理学中的应用正文一、史瓦西度规克莱因戈登方程的概述史瓦西度规克莱因戈登方程(Schwarzschild-Kluzar-Gordan Equation)是描述一个球对称、无电荷、无自旋的时空度规的著名方程,由史瓦西(Karl Schwarzschild)于 1916 年发现。

该方程是爱因斯坦场方程的一个解析解,它描述了一个引力场强度随时空变化的规律。

史瓦西度规克莱因戈登方程在物理学和天文学中有着广泛的应用,对于理解引力场的性质以及宇宙的结构和演化具有重要意义。

二、史瓦西度规克莱因戈登方程的解法史瓦西度规克莱因戈登方程是一个复杂的偏微分方程,其解法通常需要采用较为复杂的数学技巧。

一般而言,对于一个给定的物理问题,我们首先需要根据问题的实际物理条件,选取适当的坐标系和度规,然后将物理问题转化为爱因斯坦场方程。

接着,通过求解场方程,我们可以得到度规克莱因戈登方程的解。

三、史瓦西度规克莱因戈登方程的解的含义史瓦西度规克莱因戈登方程的解描述了一个球对称、无电荷、无自旋的时空度规。

具体而言,该解表示了一个半径为 R 的球面上的度规,其中 R 是史瓦西半径。

根据史瓦西度规克莱因戈登方程的解,我们可以得到度规张量,进而可以计算出在某一点上的时空曲率。

这些曲率描述了物体在引力场中的运动轨迹。

四、史瓦西度规克莱因戈登方程的解在物理学中的应用史瓦西度规克莱因戈登方程的解在物理学中有着广泛的应用。

首先,它是描述恒星演化的重要工具。

通过对史瓦西度规克莱因戈登方程的解的研究,我们可以理解恒星的演化过程,从而预测恒星的寿命和最终的命运。

此外,史瓦西度规克莱因戈登方程的解还被应用于黑洞物理的研究。

黑洞是一种特殊的天体,其质量密度极大,使得任何物体包括光都无法逃逸。

克莱因-戈登方程和狄拉克方程-黄鹏辉

克莱因-戈登方程和狄拉克方程-黄鹏辉
2 4 E 2 = p 2 c 2 + m0 c
(2.7)
算符代换就得到克莱因-戈登方程
2 2 m0 c 1 ∂2 2 ψ = (∇ − 2 )ψ 2 2 c ∂t
(2.8)
五、狄拉克方程
ˆ = (ca i p ˆ + m0c 2 β ) ,就得到相对论自由粒子狄拉克 薛定谔方程中的哈密顿算符换成 H
(2.5)
2 p2 ˆ= , + V ,对应的哈密顿算符为 H (− ∇ 2 + V) 2m 2m 因此,力场中的一般薛定谔方程(含时薛定谔方程)为: 2 ∂ ±i ψ = (− ∇ 2 + V )ψ ∂t 2m
(2.6)
四Байду номын сангаас克莱因-戈登方程
2
由相对论的质能公式 E = mc 2 = m0 c 2 / 1 − v 2 /c 2 和动量公式 p = mv = m0 v/ 1 − v 2 /c 2 , 可 以得到自由粒子的相对论能量动量关系
(1 + x ) m = 1 + mx +
m(m − 1) 2 x + 2! + m(m − 1)(m − 2) n!
(2.10)
(m − n + 1)
xn +
(2.11)
当 m = −1/ 2 且 x ∈ (0, 1) 时,由(2.11)式可以得到,
1 1 1⋅ 3 2 1⋅ 3 ⋅ 5 3 = 1+ x + x + x + 2 2⋅4 2⋅4⋅6 1− x
= 1+
1 3 5 x + x 2 + x3 + 2 8 16
(2.12)
对于相对论质能公式 E = mc 2 = m0 c 2 / 1 − v 2 /c 2 , 显然有 v 2 /c 2 ∈ (0, 1) 。 因此质能公式符 合(2.12)式的展开条件,可以展开为 m0 c 2 1 3 m0 v 4 5 m0 v 6 2 2 E= = m0 c + m0 v + + + 2 8 c2 16 c 4 1 − v 2 /c 2 (2.13)

非线性Schrōdinger及Klein—Gordon和方程组Kdv方程组的一类孤立波解

非线性Schrōdinger及Klein—Gordon和方程组Kdv方程组的一类孤立波解
() 2
其 中 a p y和 P是 复常 数 , 一 ( , ,, z,) ( =1 2 … , , ,是 已知 实常 数 . , , Ⅳ)C m n 以及 下述高 阶 Kd v方 程 的孤 立 波解 : 其 中 a p7和 8是常 数. ,,
1 S c qtn q方 法 eh —a h
S h6 ig rKli— od n方 程 组 及 Kd c rdn e 、 e G ro n v方 程 的 孤 立 波 解 , 即给 出 方 程 ( ) 下 述 组 的
形 孤立 解, 一∑ 式的 波 。
(・ ) .
+∑ b 一其中 一 e ・ , t N s ( ) 一 a c n
( 6 )
2 I , I m): m口+
其 中常数 口 + 72 o d  ̄a n ) 一 +I 一1 5≠ , n W , D +
R f = 1 2 … , e, l , , Ⅳ.
基于 文献 [] C 3 1 ,2 的结 果 , 下面 我 们试 图求 出方 程组 ( ) 述形 式 的解 : 6下
关键 词 :eh— ah Scq nq方法;crd gr T Sh6 i e 方程; d 方程; n Kv 孤立波解
中 图分 类号 : 152 O 7.9
文献 标识 码 : A
O 引 言
非线性 发 展方 程 ( ) 组 的精 确解 一 直 是许 多 数 学和 物理 学 工 作者 极 大 关 注 的 问题 . 各种 方 法应 运 而 生, 如李 群法 , 布变 换法 , 散 射法 ,a h函数法 等 . 达 反 tn 由于 tn a h函数 法 不能 用 来求 形 如 sc — n eht h的解 , a 因此本 文 中作 者探 讨 了用 推 广 的sc qtn q法求 非 线性 Sh6 igr Kli— ro eh —ah crdn e 及 enGod n方 程组 当N 为奇

TheKlein-Gordonequation:克莱因戈登方程

TheKlein-Gordonequation:克莱因戈登方程
(24)
where the Lagrangian density satisfies the Euler-Lagrange equations of motions
(25)
such that the Euler-Lagrange equations of motion just give the Klein-Gordon equation (12) and its complex conjugate.
as the basic field equation of the scalar field.
The plane waves (10) are basic solutions and the field (9) is constructed by
a general superposition of the basic states.
Quantization
The challenge is to find operator solutions of the Klein-Gordon equation (12) which satisfy eq. (28). In analogy to the Lagrange density (24) , the hamiltonian is
Lecture 8
The Klein-Gordon equation
WS2010/11: ‚Introduction to Nuclear and Particle Physics‘
The bosons in field theory
Bosons with spin 0
scalar (or pseudo-scalar) meson fields
(23)

带物质场高维Jordan—Brans—Dicke宇宙论的一类解

带物质场高维Jordan—Brans—Dicke宇宙论的一类解

带物质场高维Jordan—Brans—Dicke宇宙论的一类解苟三奎
【期刊名称】《河北大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】1989(009)003
【摘要】本文给出了尘埃物质的高维Jordan—Brans—Dicke宇宙论的一类严格解,并讨论了它的某些进化行为。

【总页数】4页(P33-36)
【作者】苟三奎
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P159
【相关文献】
1.非线性Brans-Dicke方程的一个新解析解 [J], 贺锋;姚敏
2.非线性Brans-Dicke方程的又一个新精确解 [J], 黄铁铁;姚敏;贺锋
3.Brans-Dicke真空的一个新的可穿越虫洞解 [J], 贺锋
4.Jordan—Brans—Dick—Kaluza—Klein宇宙论的一支严格解 [J], 苟三奎
5.Kaluza—klein—Jordan—Brans—Dicke理论中的准Torsion场... [J], 苟三奎; 李知几
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狄拉克方程

狄拉克方程
(3.7)

展开(3.7)式右边乘式,(注意:展开时,动量各分量 , a a 之间可以对易,但矩阵a 之间不可对易。也就 1 2, 3, a a 是p ,但是 a xp y p yp x 1 2 a 2 1 。矩阵乘法一般不满 足交换律)
(3.8)

要保证(3.8)式成立,可以让系数 a , a a 满足如下关系 1 2, 3,
玻恩,1954年获诺贝尔物理学奖
粒子在t时刻r点出现的几率
注意
(1)
概率振幅 归一化条件 态叠加、干涉
(2) (3)
干涉项
薛定谔方程
薛定谔、奥地利物理学家,1926 年建立了以薛定谔方程为基础的 波动力学,1933年获诺贝尔物理 学奖。
质点运动、电磁波(光学) 牛顿方程、麦克斯韦方程
物质波函数满足的规律
第二步:待定系数能量动量关系


为了去掉根号,狄拉克采用了一种很巧妙的思路,实际上 就是一种待定系数法。 对自由粒子,可以把相对论能量动量关系写成如下形式:
(3.4)

狄拉克假定自由粒子的能量E与动量分量 (px ,py ,pz ) 质量m 0 之间存在最简单的一次线性关系。这样,对应于(3.4)式, 可以拼凑出一个去掉根号的待定系数方程
《高等量子力学》 狄拉克方程
苏小强
内容提要
1.背景知识回顾:波函数、薛定谔方程
(非相对论的)
2.克莱因-戈尔登方程
相对论的
3.狄拉克方程
一、波函数和薛定谔方程
1. 物质波
德布罗意,1929年的诺贝尔物理学奖
2. 玻恩统计解释
电子源
感 光 屏
1926年,德国物理学家玻恩提出了几率波的概 念: 在数学上,用一函数表示描写粒子的波,这个 函数叫波函数。波函数在空间中某一点的强度(波 函数模的平方)和在该点找到粒子的几率成正比。 这样描写粒子的波叫几率波。

相对论量子力学Klein—Gordon方程的解的研究Ⅱ

相对论量子力学Klein—Gordon方程的解的研究Ⅱ
丰国炳
【期刊名称】《曲阜师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】1989(000)003
【摘要】本文探讨了单电子Klein—Gordon方程解析解的分离变数解法,求得了
两种特殊情况下的严格解析解,得到的结论为: 1 满足自由电子的Klein—Gordon
方程的解是一平面单色波,与经典波动解的区别在于电子的能量发生了变化mc~2。

2 所以静止质量为m的电子,能量表示为E=vmc~2,进入该磁场后,其能量为
E≈γ′MC~2,考虑一个沿z轴方向运动的电子,在z方向的动量远远大于横向动量:【总页数】1页(P16-16)
【作者】丰国炳
【作者单位】南京师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】N
【相关文献】
1.N-维无限深球势阱中Klein-Gordon方程和Dirac方程的解 [J], 赵静;曲晓英
2.相对论量子力学Klein—Gordon方程解的研究 [J], 丰国炳; 朱育凤
3.相对论量子力学Klein-Gordon方程解的研究 [J], 丰国炳
4.含时线性Klein-Gordon方程的解 [J], 曲晓英;赵静
5.时间分数阶Klein-Gordon型方程的解析近似解 [J], 郭鹏;王艺红;陶春兴;李常品
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第九章_相对论性量子力学

第九章 相对论性量子力学2007年12月14日上课内容量子力学与狭义相对论结合,产生了Klein-Gordon 方程和Dirac 方程 §9.1 相对论性波动方程 9.1A Klein-Gordon 方程经典力学中,对于自由粒子,能量与动量的关系mpE 22=。

量子力学中,力学量变成了算符,得到Schrodinger 方程()()t x mt x ti ,2,22ψψ∇-=∂∂。

上面的情况是在非相对论情况下讨论问题。

在相对论下,能量42222c m p c E +=,经过∇=→∂∂=→ip p ti EE ˆ,ˆ,可得 ()φφ42222ˆˆc m p c E+=------Klein-Gordon 方程 φφφ22222221c m tc -∇=∂∂------与普通波动方程相比多了一个质量项。

()**2***222*2*2222**222222*11φφφφφφφφφφφφφφφφφφφφ∇-∇⋅∇=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∇-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∇=∂∂-∂∂c t t t c m c m t c t c()****2220φφφφφφφφρρ∇-∇=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂==⋅∇+∂∂miJ t t mc i J t----------连续性方程 将连续性方程对整个空间积分,假定波函数在无穷远处为0,则03=∂∂⎰r d tρ---几率守恒。

负概率的困难?将ρ乘上电荷,可以解释为电荷密度。

将J 乘上电荷则为电流密度。

电荷密度可正可负,几率守恒可表示电荷守恒。

总之,Klein-Gordon 方程是一切自旋为0的粒子所满足的相对论波动方程。

与Dirac 方程一样,负概率的困难将在二次量子化后得到解决。

[非相对论近似]:在非相对论近似下,K-G 方程将过渡到普通的Schrodinger 方程。

令()()⎪⎭⎫⎝⎛-=t mc it r t r 2exp ,, ψφ,则()()()()t r mc t i e t r t i t r mc t i et r ti t mc itmc i ,,,,222222ψφψφ⎪⎭⎫⎝⎛+∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫⎝⎛+∂∂=∂∂--由Klein-Gordon 方程,()φφ42222ˆˆc m p c E+=,可得 ()()()t r c m p c t r mc t i ,ˆ,422222ψψ+=⎪⎭⎫⎝⎛+∂∂ 这里,因为ti ∂∂相当于动能,即221mv 。

非线性Klein-Gordon系统生命跨度的上界估计


C uh a c y问题解 的存 在唯一 性 的研 究 已有 大量 结果 , 且 获得 了一些 关 于解 发 生爆 破 的 结论 引. 川] 并 但 对方 程组情 形 的研 究 , 别是 关于解 的奇性 方 面 的结 论 较 少乜 ] 可 是 , 于这 类 非线 性 发 展方 程 ( ) 特 . 对 组
( ( 0 一 o ) I x, ) v ( ,
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() Z
() 3
பைடு நூலகம்
U , ) v x, ) 0 ( , ) a × ( , , ( £一 ( £一 , £ ∈ n 0 T)
这 里 是 。 具 有 光 滑 边 界 a 的 有 界 域 , , 为 非 零 实 数 ,< O 丁 O 中 口 A ,> .
维普资讯
第 4期
阳 志 锋 , : 线 性 Kl nGod n系统 生 命 跨 度 的 上 界 估 计 等 非 e — ro i
4 5
2 准 备 工 作
本文采 用的记 号都是标 准 的.
定 义 问题 ( ) ( ) 能 量 泛 函 如 下 : 1一 3 的
本文 通过定 义 ( ) 1 的能量 泛 函获得一 些用来 估计 其解 的 生命跨 度 的本 质 特性 , 到 了 ( ) 得 1 的解 的 生
命跨 度 的上界估 计. 特别 是 当能量为 正时得 到 了一个新 的 能量上界 .
[ 收稿 日期]20 —31 0 60 —3
[ 金 项 目] 湖 南 省 自然 科 学 基 金 ( 5 4 0 8 ; 阳师 范 学 院 科研 项 目(0 4 2 基 0 j 0 0 )衡 j 2 0D1 )
』-u。 2z ’ ) × ,, 【 A。 + 。 0 (£n[T +u u= , 0) a.v z ∈

非线性Klein-Gordon方程的定性分析和精确解的开题报告

非线性Klein-Gordon方程的定性分析和精确解的开题报告一、选题背景Klein-Gordon方程是描述自由粒子的经典场论,但实际上在量子场论和相对论中有着广泛的应用。

例如,在标准模型中,粒子的质量与Higgs场耦合,并通过Klein-Gordon方程描述粒子的行为。

在相对论量子力学中,Klein-Gordon方程则是描述粒子的量子行为的基本方程之一。

然而,实际应用中常常遇到非线性情形,这时候常常需要通过数学分析和求解方程来理解和描述现象。

因此,非线性Klein-Gordon方程的定性分析和精确解的研究具有重要的学术价值和实际意义。

二、研究内容本课题将对非线性Klein-Gordon方程的定性分析和精确解进行研究。

具体研究内容包括:1. 对非线性Klein-Gordon方程的物理背景进行介绍,阐述其在物理中的应用及意义。

2. 对非线性Klein-Gordon方程的一些基本性质进行分析,包括方程的Hamilton 量、对称性、Huygens原理等。

3. 对非线性Klein-Gordon方程的微扰理论进行研究,分析微扰能量的计算和微扰波动的行为。

4. 对非线性Klein-Gordon方程的精确解进行研究,包括不同的求解方法和已知的精确解的分类及性质分析。

5. 对非线性Klein-Gordon方程的定性特征进行分析,包括不同的非线性项、不同的初始条件等对方程解的影响。

三、研究方法本课题将采用微积分、泛函分析、微扰理论等数学方法进行Klein-Gordon方程的定性分析和精确解的研究。

特别是在研究精确解时,将涉及到包括分离变量、Lie对称性、Painlevé分析等求解方法。

四、研究意义非线性Klein-Gordon方程作为描述粒子行为的基本方程,对其进行定性分析和精确解的求解具有重要的学术和实际意义。

一方面,这将有助于我们更深入地理解非线性波动方程的性质和行为,为更广泛的物理领域提供理论支持;另一方面,这也将有助于我们对一些实际问题进行量化分析和求解,从而更好地理解和解决实际问题。

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I. Introduction
The nonlinear Klein-Gordon (K-G) equation arises in relativistic quantum mechanics and field theory [1], plus other fields, to model such nonlinear phenomena as the propagation of dislocations in crystals and the behavior of elementary particles, and propagation of fluxons in Josephson junctions [2, 3]. It plays an important role in mathematical physics [4], and has attracted much attention in studying solitons and condensed matter physics [4], in investigating the interaction of solitons in a collisionless plasma, the recurrence of initial states, and in examining the nonlinear wave equations [5]. In recent years, there has been an increasing interest in the study of the nonlinear K-G equation [6]-[12]. For instance, the decomposition method is studied in Ref. [4]; the soliton solutions of coupled nonlinear K-G equations are

B¨ acklund Transformations for the Nonlinear Klein-Gordon Equation in Relativistic Quantum Mechanics and Field Theory
Xiao-Ge Xu1,2,3 ∗, Yi-Tian Gao2 and Guang-Mei Wei1,2 1. School of Science, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China 2. Ministry-of-Education Key Laboratory of Fluid Mechanics and National Laboratory for Computational Fluid Dynamics, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China 3. Beijing Information Technology Institute, Beijing 100101,China

E-mail address for XGX: xxg@
1

derived in Ref. [9]; the standing waves for the nonlinear K-G equations with nonnegative potentials are concerned in Ref. [11]; the K-G equal scalar and vector potential is considered in Ref. [12]. The nonlinear K-G equation is a nonlinear partial differential equation (PDE). The nonlinear PDEs are encountered in particle physics, plasma and fluid dynamics, statistical mechanics, solid state physics, protein dynamics, laser and fiber optics [1]- [13]. Various effective methods have been developed to solve the nonlinear PDEs like the inverse scattering transformation [14], Darboux transformation [15], B¨ acklund transformation (BT) [16], Hirota’s direct method [17], balancing-act algorithm [18], hyperbolic function expansion method [19], standard and extended truncated Painlev´ e analysis [20], etc. The BT is one of the powerful tools for studying nonlinear PDEs. Different methods have been suggested for the construction of BTs [21]-[24]. The BTs, originated in the study of surfaces of constant negative curvature, are a system of equations relating the solution of a given equation either to another solution of the same equation, or to a solution of another equation. They lead to the construction of an infinite number of conserved quantities and provide exact solutions for the nonlinear equations [25]-[32]. The nonlinear iterative principle from BTs converts the problem of solving nonlinear PDE to purely algebraic calculations [33]-[35]. For this token, there has been considerable interest in the search for the BT of the nonlinear evolution equations in recent years [36]. For example, a BT for the Korteweg-de Vries (KdV) equation and a BT for the potential KdV equation are given in Ref. [37]. A restricted BT is studied in Ref. [38], and the B¨ acklund correspondence is given in Ref. [39]. The gauge transformation interpretation of BTs is given in Ref. [40], and several examples for this interpretation are worked out in Ref. [41]. The BTs for the Sawada-Kotera (SK) and Kaup-Kupershmidt (KK) equations are constructed in Ref. [25]. Despite these advances, several interesting questions remain to be investigated. In this paper, we give several different general forms of BTs of the nonlinear K-G equation according to the different conditions. As special cases of our results, we obtain an auto-BT of the Sine-Gordon equation φξτ = sin φ, an auto-BT of the Sinh-Gordon equation φξτ = sinh φ and a BT from the Liouville equation φξτ = eφ to the linear wave equation φξτ = 0, etc. These results are the same as the previously published results.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Abstract The nonlinear Klein-Gordon equation which arises from relativistic quantum mechanics and field theory can model many nonlinear phenomena and plays an important role in mathematical physics. The B¨ acklund transformations are powerful tools for studying nonlinear partial differential equations. In this paper, we obtain the general forms of B¨ acklund transformations of the nonlinear Klein-Gordon equation with the corresponding conditions. Our studies could be applicable to some other classes of nonlinear partial differential equations. PACS numbers: 05.45.Yv; 02.30.Jr; 03.65.Pm
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