Главная > Гамильтонов подход в теории солитонов (Л.А. Тахтаджян, Л.Д. Фадеев)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Эта модель возникает как условие нулевой кривизны для связности ( $U(x, t, \lambda), V(x, t, \lambda)$ ), коэффициенты которой имеют по одному общему полюсу, например, в точке $\lambda=\infty$ :
\[
U(x, t, \lambda)=U_{0}+\lambda U_{1}, \quad V(x, t, \lambda)=V_{0}+\lambda V_{1} .
\]

B ситуации общего положения устраним калибровочный произвол следующим условием: матрицы $U_{1}$ и $V_{1}$ диагональны и имеют несовпадающие собственные значения, а матрицы $U_{0}$ и $V_{0}$ имеют нулевые диагональные части. В уравнениях (3.3) диагональные и антидиагональные части расщепляются и поэтому допустима редукция: матрицы $U_{1}$ и $V_{A}$ не зависят от $x$ и $t$. Таким образом, система (3.3) приобретает вид
\[
\begin{array}{c}
{\left[U_{1}, V_{0}\right]=\left[V_{1}, U_{0}\right],} \\
\frac{\partial_{0} U}{\partial t}-\frac{\partial V_{0}}{\partial x}+\left[U_{0}, V_{0}\right]=0 .
\end{array}
\]

Алгебраическое уравнение (3.22) тривиально решается:
\[
U_{0}=\left[U_{1}, W\right], \quad V_{0}=\left[V_{1}, W\right],
\]

где $W$-матрица с нулевой диагональной частью, а уравнение (3.23) переписывается в виде эволюционной системы с квадратичной нелинейностью
\[
\left[U_{1}, \frac{\partial W}{\partial t}\right]-\left[V_{1}, \frac{\partial W}{\partial x}\right]+\left[\left[U_{1}, W\right],\left[V_{1}, W\right]\right]=0 .
\]

Получившаяся система имеет интересные приложения в случае дополнительной редукции
\[
U_{1}^{*}=-U_{1}, V_{1}^{*}=-V_{1}, W^{*}=-J W J,
\]

где $J$-диагональная матрица, $J^{2}=I$. Эта редукция уменьшает вдвое число неизвестных функций в системе (3.25). Первые нетривиальный пример отвечает вспомогательному пространству $\mathbb{C}^{3}$ и описывает простейшее нелинейное взаимодействие трех волновых пакетов. В общем случае число элементарных волн $N$ равно $\frac{n(n-1)}{2}$, где $n$ – размерность вспомогательного пространства $\mathbb{C}^{n}$.

Выпишем более явно уравнения (3.25) в случае энтиэрмитовой редукции $J=I$. Положим
\[
\begin{array}{c}
U_{1}=i \operatorname{diag}\left(a_{1}, \ldots, a_{n}\right), \quad V_{1}=i \operatorname{diag}\left(b_{1}, \ldots, b_{n}\right), \\
w_{i k}=\frac{\psi_{i k_{1}}}{\sqrt{a_{j}-a_{k}}},
\end{array}
\]

где $j<k$ и предполагается, что $a_{1}>a_{2}>\ldots>a_{n}$. Для функций $\psi_{i k}(x, t)$ получаем систему гиперболического типа
\[
\begin{aligned}
\frac{\partial \psi_{j k}}{\partial t}=v_{j k} \frac{\partial \psi_{j k}}{\partial x}+\frac{1}{i} & \sum_{l=k+1}^{n} v_{j k l} \Psi_{j l} \bar{\Psi}_{k l}+ \\
& +\frac{1}{i} \sum_{l=j+1}^{k-1} v_{j l k} \psi_{j l} \Psi_{l k}+\frac{1}{i} \sum_{l=1}^{j-1} v_{l j k} \bar{\psi}_{l j} \psi_{l k}, \quad(3.29 p
\end{aligned}
\]

где $j<k, j, k=1, \ldots, n$, и
\[
\begin{array}{c}
v_{j k}=\frac{b_{j}-b_{k}}{a_{j}-a_{k}}, \\
v_{j k l}=\frac{a_{j} b_{l}-a_{l} b_{j}+a_{l} b_{k}-a_{k} b_{l}+a_{k} b_{i}-a_{j} b_{k}}{\sqrt{\left(a_{j}-a_{k}\right)\left(a_{j}-a_{l}\right)\left(a_{k}-a_{l}\right)}} .
\end{array}
\]

Эта система является гамильтоновой. Фазовое пространство для случая быстроубывающих граничных условий параметризуется набором $n(n-1)$ шварцевских функций $\left(\psi_{j k}(x), \bar{\psi}_{j k}(x), 1 \leqslant\right.$ $\leqslant j<k \leqslant n)$. Пуассонова структура задается скобками Пуассона
\[
\left\{\psi_{i k}(x), \psi_{l m}(y)\right\}=\left\{\bar{\psi}_{j k}(x), \bar{\psi}_{l m}(y)\right\}=0,
\]
\[
\left\{\psi_{j k}(x), \bar{\psi}_{l m}(y)\right\}=i \delta_{j l} \delta_{k m} \delta(x-y) ; 1 \leqslant j<k \leqslant n, 1 \leqslant l<m \leqslant n,
\]

и система уравнений (3.29) записывается в гамильтоновом виде
\[
\frac{\partial \psi_{j k}}{\partial t}=\left\{H, \psi_{j k}\right\}, \quad \frac{\partial \bar{\psi}_{j k}}{\partial t}=\left\{H, \bar{\psi}_{j k}\right\}
\]

с гамильтонианом
\[
H=\int_{-\infty}^{\infty}\left\{\frac{i}{2} \sum_{1 \leqslant j<k \leqslant n} v_{j k}\left(\frac{\partial \Psi_{i k}}{\partial x} \bar{\psi}_{j k}-\psi_{j k} \frac{\partial \bar{\psi}_{i k}}{\partial x}\right)+\right.
\]
\[
\left.+\sum_{1 \leqslant i<k<l \leqslant n} v_{j k l}\left(\psi_{j k} \psi_{k l} \bar{\psi}_{j l}+\bar{\psi}_{j k} \bar{\psi}_{k l} \psi_{i l}\right)\right\} d x .
\]

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru