Lösen der Klein-Gordon-Gleichung mit einer Fourier-Transformation

Also versuche ich, die Klein-Gordon-Gleichung nur mit einer Fourier-Transformation der räumlichen Komponenten zu lösen. Die Klein-Gordon-Gleichung lautet:

( 2 + M 2 ) ϕ ( X ) = 0.

Wenn ich lasse

ϕ ( X ) = ϕ ( T , X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 ϕ ~ ( T , k ) e ich k X D 3 k ,

Ich setze dies in die KG-Gleichung ein, um zu erhalten

2 ϕ ~ T 2 + ( k 2 + M 2 ) ϕ ~ = 0.

Dies ist die Differentialgleichung für einen einfachen harmonischen Oszillator, damit ich sofort schreiben kann

ϕ ~ ( T , k ) = A ( k ) e ich ω k T + B ( k ) e ich ω k T ,

und deshalb finde ich

ϕ ( X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 ( A ( k ) e ich ω k T k X + B ( k ) e ich ω k T k X ) D 3 k .

Jetzt bin ich in diesem Stadium etwas verwirrt. Ich habe die allgemeine Lösung der Klein-Gordon-Gleichung gesehen und sie hat einen Faktor von 1 / 2 ω k Gibt es im Integranden Hinweise, wie ich vorgehen kann?

Ich habe auch gelesen, dass ich zwecks aufgeräumter Notation einstellen würde k k im zweiten Term des Integranden, aber würde sich das nicht ändern D 3 k D 3 k wie die Jacobi-Determinante ist 1 , also sollte es doch sicher ein Unterschied zwischen zwei Termen sein?


Die Lösung, auf die ich versuche:

ϕ ( X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 1 2 ω k ( A ( k ) e ich ω k T k X + B ( k ) e ich ω k T + k X ) D 3 k .

Definiere deine neu A ( k ) Und B ( k ) Zu 1 2 ω k A ( k ) Und 1 2 ω k B ( k ) bzw.

Antworten (1)

Die allgemeine Linearkombination von Lösungen ist

ϕ ( X ) = D 4 k ( 2 π ) 4 δ ( k 2 M 2 ) Θ ( k 0 ) [ A ( k ) e ich k X + B ( k ) e ich k X ] .
Im Gegensatz zu dem, was Sie geschrieben haben, ist dies (offensichtlich) Lorentz-invariant. Schließlich wollen Sie ein Skalarfeld beschreiben. Die nächste Beobachtung ist die
D 4 k ( 2 π ) 4 δ ( k 2 M 2 ) Θ ( k 0 ) = D 3 k ( 2 π ) 3 1 2 ω k mit   ω k = k 2 + M 2 .
Das erklärt den Faktor 1 / ω k . Auch bei dieser Argumentation muss nicht mit Minuszeichen gespielt werden.

Dies ist wohl der einfachste Weg, um einen offensichtlich Lorentz-invarianten Ausdruck zu erhalten.
Warum hast du die Θ ( k 0 ) ? Ich meine, warum schränkt man das ein k 0 auf positive Werte?
@ user171780 Nun, unsere Konventionen sind so, dass Energien von physikalischen Objekten, dh Teilchen und Antiteilchen, positiv sind.
OK danke. Und was ist mit dem Aufpreis π das verschwindet im nenner? Ich mache die Mathematik und kann nicht sehen, wann es sich aufhebt.
Ein in einem bestimmten Koordinatensystem geschriebener Ausdruck (in dem z k 0 ausgewertet wird) ist nicht offensichtlich Lorentz-invariant, obwohl es tatsächlich implizit Lorentz-invariant ist