scholarly journals Multi-solitons for nonlinear Klein–Gordon equations

2014 ◽  
Vol 2 ◽  
Author(s):  
RAPHAËL CÔTE ◽  
CLAUDIO MUÑOZ

AbstractIn this paper, we consider the existence of multi-soliton structures for the nonlinear Klein–Gordon (NLKG) equation in $\def \xmlpi #1{}\def \mathsfbi #1{\boldsymbol {\mathsf {#1}}}\let \le =\leqslant \let \leq =\leqslant \let \ge =\geqslant \let \geq =\geqslant \def \Pr {\mathit {Pr}}\def \Fr {\mathit {Fr}}\def \Rey {\mathit {Re}}\mathbb{R}^{1+d}$. We prove that, independently of the unstable character of NLKG solitons, it is possible to construct a $N$-soliton family of solutions to the NLKG equation, of dimension $2N$, globally well defined in the energy space $H^1\times L^2$ for all large positive times. The method of proof involves the generalization of previous works on supercritical Nonlinear Schrödinger (NLS) and generalized Korteweg–de Vries (gKdV) equations by Martel, Merle, and the first author [R. Côte, Y. Martel and F. Merle, Rev. Mat. Iberoam. 27 (1) (2011), 273–302] to the wave case, where we replace the unstable mode associated to the linear NLKG operator by two generalized directions that are controlled without appealing to modulation theory. As a byproduct, we generalize the linear theory described in Grillakis, Shatah, and Strauss [J. Funct. Anal. 74 (1) (1987), 160–197] and Duyckaerts and Merle [Int. Math. Res. Pap. IMRP (2008), Art ID rpn002] to the case of boosted solitons, and provide new solutions to be studied using the recent work of Nakanishi and Schlag [Zurich Lectures in Advanced Mathematics, vi+253 pp (European Mathematical Society (EMS), Zürich, 2011)] theory.

2019 ◽  
Vol 155 (2) ◽  
pp. 413-423
Author(s):  
Kyle Hayden

We resolve parts (A) and (B) of Problem 1.100 from Kirby’s list [Problems in low-dimensional topology, in Geometric topology, AMS/IP Studies in Advanced Mathematics, vol. 2 (American Mathematical Society, Providence, RI, 1997), 35–473] by showing that many nontrivial links arise as cross-sections of unknotted holomorphic disks in the four-ball. The techniques can be used to produce unknotted ribbon surfaces with prescribed cross-sections, including unknotted Lagrangian disks with nontrivial cross-sections.


We review simple instabilities in linear theories of coupled atmosphere-ocean models in both bounded and unbounded ocean basins and describe the mechanisms for instability in these linear theories. We then review nonlinear coupled atmosphere-ocean simulations of the El Nino Southern Oscillation (ENSO) phenomenon and relate the instabilities seen in linear theory to the fully nonlinear ENSO simulations. We present a general discussion of the relation between instability and predictability in the ENSO problem and review some recent work on predictability in coupled models. Finally, we comment on some recent predictions in light of our discussion of predictability.


2020 ◽  
Author(s):  
Πολύκαρπος Πορφυράκης

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται πτυχές της μαθηματικής μοντελοποίησης και των φυσικών φαινομένων που διέπουν την διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε μη γραμμικά μεταϋλικά. Τα ηλεκτρομαγνητικά μεταϋλικά με ταυτόχρονα αρνητική ενεργή διηλεκτρική επιτρεπτότητα ε και μαγνητική διαπερατότητα μ (διπλά αρνητικά ή αριστερόστροφα ή αρνητικού δείκτη μεταϋλικά) έχουν μακρά ιστορία που φτάνει στην πρωτότυπη εργασία του Veselago το 1968. Τέτοια μεταϋλικά παρουσιάζουν ασυνήθιστα και αξιοσημείωτα φαινόμενα, όπως π.χ. την αντιστροφή του νόμου Snell, την υποστήριξη οπισθοδιαδιδόμενων κυμάτων και τη δυνατότητα σχηματισμού τέλειου φακού. Τα μη γραμμικά αριστερόστροφα μεταϋλικά είναι επίσης πολύ χρήσιμα σε συντονιζόμενες δομές (tunable structures) μετάδοσης ελεγχόμενες από την ένταση του πεδίου και στην εναλλαγή των ιδιοτήτων του υλικού από αριστερόστροφο σε δεξιόστροφο και αντιστρόφως. Αρχικά, τα εξεταζόμενα μεταϋλικά περιγράφονται από ένα συχνοτικό μοντέλο Drude-Lorentz όσον αφορά τα γραμμικά τμήματά τους και μια συμπεριφορά τύπου Kerr για τα μη γραμμικά τμήματα των ε και μ αντίστοιχα. Η διάδοση των κυμάτων σε μη γραμμικά μεταϋλικά με απώλειες διερευνάται αναλυτικά μέσω μεθόδων της Θεωρίας Διαταραχών. Δείχνουμε ότι η αριστερόστροφη ζώνη της διάδοσης κυμάτων στα μεταϋλικά διέπεται από μια μη γραμμική ανώτερης τάξης εξίσωση Schrödinger (nonlinear Schrödinger (NLS) equation). Εξάγονται αναλυτικά υπερβραχείες φωτεινές ή σκοτεινές σολιτονικές λύσεις της εν λόγω εξίσωσης. Στη συνέχεια, διερευνούμε τη διάδοση των κυμάτων στα χάσματα της ζώνης συχνοτήτων, δηλαδή, στις περιοχές συχνοτήτων όπου τα ε και τα μ έχουν αντίθετα πρόσημα και επομένως τα γραμμικά κύματα είναι αποσβεννύμενα. Σε αυτές τις ζώνες χασμάτων, είναι δυνατός ο εντοπισμός των κυμάτων εάν προκληθεί μη γραμμικότητα στο μεταϋλικό μέσο. Εξάγουμε μια εξίσωση υπερβραχέων παλμών με απώλειες (dissipative short pulse equation: DSPE), που καθορίζει τους υπερβραχείς παλμούς, οι οποίοι δύναται να σχηματιστούν στις ζώνες των συχνοτικών χασμάτων και παρουσιάζουμε τις σολιτονικές λύσεις τους. Και στα δύο χάσματα, η διάδοση περιγράφεται με γραμμικούς όρους, οι οποίοι οδηγούν σε εκθετική απόσβεση του λύσεων. Οι ρυθμοί απόσβεσης, δηλαδή, οι αντίστροφοι των συντελεστών γραμμικών απωλειών σε αυτά τα δύο μοντέλα, βρίσκονται σε όρους των διηλεκτρικών και μαγνητικών ιδιοτήτων του μεταϋλικού. Επίσης, μελετάμε ένα μη γραμμικό (τύπου Kerr) ηλεκτρομαγνητικό μεταϋλικό, το οποίο χαρακτηρίζεται από ένα μοντέλο Lorentz-Lorentz, όσον αφορά τη συχνoτικά εξαρτώμενη συνάρτηση της γραμμικής ενεργής διηλεκτρικής επιτρεπτότητας και μαγνητικής διαπερατότητάς του. Εξετάζεται αναλυτικά ο σχηματισμός σολιτονίων χασμάτων στις ζώνες χασμάτος χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων αυτού του μεταϋλικού. Οι εξισώσεις εξέλιξης που διέπουν τα σολιτόνια χασμάτων, έχουν τη μορφή μιας μη γραμμικής εξίσωσης Klein-Gordon και μιας μη γραμμικής εξίσωσης Schrödinger. Γίνεται αναφορά στη δομή των λύσεων αυτών των εξισώσεων. Τέλος, διευρευνούμε τη διάδοση των κυμάτων στα ηλεκτρομαγνητικά χάσματα συχνοτήτων (electromagnetic band gaps: EBGs), δηλαδή, στις περιοχές συχνοτήτων όπου τα ε και μ έχουν αντίθετο πρόσημο, και χαρακτηρίζονται από συμπεριφορά Lorentz-Lorentz, αντίστοιχα. Χρησιμοποιούμε μια υπόθεση πολλαπλών κλίμακων και παράγουμε εξισώσεις βραχέων παλμών με απώλειες (DSPEs).


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document