استراحة

يتوافق هذا السطح شبه الكروي المتنفس مع حل لمعادلة موجية غير خطية.
سطح تنفس شبه كروي

في الفيزياء، الموجة التنفسية هي موجة غير خطية تتركز فيها الطاقة بشكل موضعي وتذبذبي. وهذا يتعارض مع التوقعات المستمدة من النظام الخطي المقابل للسعات المتناهية الصغر ، والذي يميل نحو توزيع متساوٍ للطاقة الموضعية في البداية. الموجة التنفسية المنفصلة هي حل للموجة التنفسية على شبكة غير خطية .

يُشتق مصطلح "التنفس" من خاصية أن معظم عمليات التنفس تكون موضعية في المكان وتتذبذب في الزمن، على غرار التنفس لدى الكائنات الحية. [ 1 ] وينطبق هذا أيضًا في الحالة المعاكسة: التذبذبات في المكان والموضعية في الزمن ، والتي يُشار إليها أيضًا باسم "التنفس".

ملخص

جهاز التنفس الواقف Sine-Gordon هو حل ثنائي السوليتون متأرجح في الوقت مرتبط بانحناء-مضاد انحناء.
موجة تنفسية كبيرة السعة متحركة على شكل موجة جيبية-غوردون .

الحل الدوري الموضعي هو حل دوري موضعي لمعادلات الأوساط المتصلة أو معادلات الشبكة المنفصلة. تُعد معادلة ساين-غوردون القابلة للحل بدقة [ 1 ] ومعادلة شرودنغر غير الخطية المركزة [ 2 ] مثالين على المعادلات التفاضلية الجزئية أحادية البعد التي تمتلك حلولًا دورية موضعية. [ 3 ] تدعم شبكات هاميلتونية غير خطية منفصلة في كثير من الحالات حلولًا دورية موضعية.

الموجات التنفسية هي بنى انفرادية . يوجد نوعان من الموجات التنفسية: ثابتة ومتحركة . [ 4 ] الموجات التنفسية الثابتة هي حلول موضعية يتغير سعتها مع الزمن (وتُسمى أحيانًا بالذبذبات ). من الشروط الضرورية لوجود الموجات التنفسية في الشبكات المنفصلة أن يكون التردد الرئيسي للموجة التنفسية وجميع مضاعفاته خارج نطاق طيف الفونونات للشبكة.

مثال على حلول التهوية

معادلة ساين-غوردون

معادلة ساين -غوردون هي معادلة تفاضلية جزئية تشتتية غير خطية

2uت2-2ux2+الخطيئةu=0،{\displaystyle {\frac {\partial ^{2}u}{\partial t^{2}}}-{\frac {\partial ^{2}u}{\partial x^{2}}}+\sin u=0,}

مع اعتبار الحقل u دالة للإحداثي المكاني x والزمن t .

الحل الدقيق الذي تم التوصل إليه باستخدام تحويل التشتت العكسي هو: [ 1 ]

u=4دالة الظل العكسي(1-ω2كوس(ωت)ωضرب بالعصا(1-ω2x))،{\displaystyle u=4\arctan \left({\frac {{\sqrt {1-\omega ^{2}}}\;\cos(\omega t)}{\omega \;\cosh({\sqrt {1-\omega ^{2}}}\;x)}}\right),}

والتي، بالنسبة لـ ω < 1 ، تكون دورية في الزمن t وتتلاشى بشكل أسي عند الابتعاد عن x = 0 .

معادلة شرودنغر غير الخطية

معادلة شرودنغر غير الخطية المركزة [ 5 ] هي معادلة تفاضلية جزئية تشتتية:

أناuت+2ux2+|u|2u=0،{\displaystyle i\,{\frac {\partial u}{\partial t}}+{\frac {\partial ^{2}u}{\partial x^{2}}}+|u|^{2}u=0,}

حيث u حقل مركب كدالة لـ x و t . ويرمز i أيضاً إلى الوحدة التخيلية .

أحد حلول التنفس (جهاز التنفس Kuznetsov-Ma) هو [ 2 ]

u=(2ب2ضرب بالعصا(θ)+2أناب2-ب2سينه(θ)2ضرب بالعصا(θ)-22-ب2كوس(أبx)-1)أهـأناأ2ت{\displaystyle u=\left({\frac {2b^{2}\cosh(\theta )+2ib{\sqrt {2-b^{2}}}\sinh(\theta )}{2\cosh(\theta )-{\sqrt {2}}{\sqrt {2-b^{2}}}\cos(abx)}}-1\right)a\,e^{ia^{2}t}}

مع

θ=أ2ب2-ب2ت،{\displaystyle \theta =a^{2}\,b\,{\sqrt {2-b^{2}}}\;t,}

مما ينتج عنه موجات تنفسية دورية في الفضاء تقترب من القيمة المنتظمة a عند الابتعاد عن زمن التركيز t = 0. توجد هذه الموجات التنفسية لقيم معامل التعديل b الأقل من √2 . تجدر الإشارة إلى أن الحالة الحدية لحل الموجة التنفسية هي سوليتون بيرغرين . [ 6 ]

انظر أيضاً

المراجع والملاحظات

  1. 1 2 3 م. ج. أبلوويتز؛ د. ج. كاوب؛ أ. س. نيويل؛ هـ. سيغور (1973). "طريقة لحل معادلة ساين-غوردون". رسائل المراجعة الفيزيائية . 30 (25): 1262-1264 . Bibcode : 1973PhRvL..30.1262A . doi : 10.1103/PhysRevLett.30.1262 .
  2. 1 2 ن. ن. أحمدييف؛ ف. م. إليونسكي؛ ن. إ. كولاغين (1987). "حلول دقيقة من الرتبة الأولى لمعادلة شرودنغر غير الخطية". الفيزياء النظرية والرياضية . 72 (2): 809-818 . Bibcode : 1987TMP....72..809A . doi : 10.1007/BF01017105 . S2CID 18571794 . مترجم من Teoreticheskaya i Matematicheskaya Fizika 72(2): 183–196، أغسطس 1987.
  3. ن. ن. أحمدييف؛ أ. أنكييفيتش (1997). السوليتونات، والنبضات غير الخطية، والحزم . سبرينغر. ISBN 978-0-412-75450-0.
  4. ميروشنيتشينكو أ، فاسيليف أ، ديميترييف س. السوليتونات وتصادمات السوليتونات .
  5. تتميز معادلة شرودنغر غير الخطية ذات التركيزبمعامل لاخطية κ له نفس إشارة (رياضيات) الحد التشتتي المتناسب مع ∂²u / ∂x² ، ولها حلول سوليتونية . أما في معادلة شرودنغر غير الخطية ذات إزالة التركيز، فيكون معامل اللاخطية ذا إشارة معاكسة.
  6. كيبلر، ب.؛ فاتوم، ج.؛ فينو، س.؛ ميلو، ج.؛ دياس، ف.؛ جنتي، ج.؛ أحمدييف، ن.؛ دادلي، ج.م. (2010). "سوليتون بيرغرين في البصريات الليفية غير الخطية" . فيزياء الطبيعة . 6 (10): 790. Bibcode : 2010NatPh...6..790K . doi : 10.1038/nphys1740 .