正弦-戈尔登方程

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钟形孤立子

正弦-戈尔登方程是十九世纪发现的一种偏微分方程:

φttφxx=sinφ

來自下面的拉量

=12(φt2φx2)+cosφ

由于正弦-戈尔登方程有多种孤立子解而倍受瞩目。

名字是物理家熟悉的克莱因-戈尔登方程(Klein-Gordon)的雙關語。[1]

孤立子解

利用分离变数法可得正弦-戈尔登方程的多种孤立子解。[2]

扭型孤立子

p1:=4*arctan((1/2)*(1.5*exp(4*sqrt(2))exp(2*x*sqrt(2)))*exp(t2x*sqrt(2)+2*sqrt(2))*sqrt(2)/(1.5*exp(4)+exp(2*t)))

p2:=4*arctan((1/2)*(1.5*exp(2*x*sqrt(2))exp(4*sqrt(2)))*exp(t2x*sqrt(2)+2*sqrt(2))*sqrt(2)/(1.5*exp(2*t)+exp(4)))

Sine-Gordon kink soliton plot1
Sine-Gordon kink soliton plot2

钟型孤立子

正弦-戈尔登方程有如下孤立子解:

φsoliton(x,t):=4arctanemγ(xvt)+δ

其中

γ2=11v2.
顺时针孤立子
反时针孤立子

双孤立子解

px1:=(8*(1.5*exp(4)+exp(2*t)))*exp(t2x*sqrt(2)+2*sqrt(2))*(exp(2*x*sqrt(2))+1.5*exp(4*sqrt(2)))/(4.50*exp(8)+2*exp(4*t)+2.25*exp(2*t42*x*sqrt(2)4*sqrt(2))+3.0*exp(2*t4)+exp(2*t4+2*x*sqrt(2)+4*sqrt(2)))

px2:=(8*(1.5*exp(2*t)+exp(4)))*exp(t2x*sqrt(2)+2*sqrt(2))*(1.5*exp(2*x*sqrt(2))+exp(4*sqrt(2)))/(4.50*exp(4*t)+2*exp(8)+2.25*exp(2*t4+2*x*sqrt(2)+4*sqrt(2))+3.0*exp(2*t4)+exp(2*t42*x*sqrt(2)4*sqrt(2)))

Sine-Gordon colliding soltons plot1
Sine-Gordon colliding soltons plot2
Sine-Gordon bright & dark solitons plot1
& dark solitons plot2
扭型与反扭型碰撞
扭型-扭型碰撞
驻波呼吸子
大振幅行波呼吸子
小振幅呼吸子

三孤立子解

扭型行波呼吸子与驻波呼吸子碰撞
反扭型行波呼吸子与驻波波呼吸子碰撞

呼吸子解

正弦-戈尔登方程的呼吸子解
u=4arctan(1ω2cos(ωt)ωcosh(1ω2x)),

pz1:=4*arctan((28.460498941515413988*(exp(1.8973665961010275992*x)+sqrt(exp(3.7947331922020551984*x))))*sin(OmegaT)*csgn(1/cos(OmegaT))*exp(.94868329805051379960*x)/(18.+5.*exp(1.8973665961010275992*x)))

pz2:=4*arctan((28.460498941515413988*(exp(1.8973665961010275992*x)+sqrt(exp(3.7947331922020551984*x))))*sin(OmegaT)*csgn(1/cos(OmegaT))*exp(.94868329805051379960*x)/(18.+5.*exp(1.8973665961010275992*x)))

Sine-Gordon breather plot1
Sine-Gordon breather plot2

几何解释

三维欧几里德空间的负常曲率曲面

根據陳省身的研究,正弦-戈尔登方程有一个几何解释:三维欧几里德空间的负常曲率曲面(偽球面)。[3]

正弦-戈尔登方程是:[4]

φttφxx=sinhφ

Template:Le有關。[5]

量子場論

正弦-戈尔登是Template:LeS對偶

半經典量子化:[6]

參見

参考文献

  1. Template:Cite book
  2. Inna Shingareva Carlos Lizarraga Celaya, Solving Nonlinear Partial Differential Equations with Maple and Mathematica, p86-94,Springer
  3. 陈省身 Geometrical interpretation of the sinh-Gordon equation。annals Polonici Mathematici XXXIX 1981
  4. Template:Cite book
  5. Template:Cite journal
  6. Template:Cite journal

閱讀

  • Bour E (1862). "Théorie de la déformation des surfaces" Template:Wayback. J. Ecole Imperiale Polytechnique. 19: 1–48.
  • Rajaraman, R. (1989). Solitons and Instantons: An Introduction to Solitons and Instantons in Quantum Field Theory. North-Holland Personal Library. 15. North-Holland. pp. 34–45. ISBN 978-0-444-87047-6.
  • Polyanin, Andrei D.; Valentin F. Zaitsev (2004). Handbook of Nonlinear Partial Differential Equations. Chapman & Hall/CRC Press. pp. 470–492. ISBN 978-1-58488-355-5.
  • Dodd, Roger K.; J. C. Eilbeck, J. D. Gibbon, H. C. Morris (1982). Solitons and Nonlinear Wave Equations. London: Academic Press. ISBN 978-0-12-219122-0.
  • Georgiev DD, Papaioanou SN, Glazebrook JF (2004). "Neuronic system inside neurons: molecular biology and biophysics of neuronal microtubules". Biomedical Reviews 15: 67–75.
  • Georgiev DD, Papaioanou SN, Glazebrook JF (2007). "Solitonic effects of the local electromagnetic field on neuronal microtubules". Neuroquantology 5 (3): 276–291.

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