Resolver la ecuación de Klein-Gordon con una transformada de Fourier

Entonces, estoy tratando de resolver la ecuación de Klein-Gordon usando una transformada de Fourier solo de los componentes espaciales. La ecuación de Klein-Gordon dice:

( 2 + metro 2 ) ϕ ( X ) = 0.

si dejo

ϕ ( X ) = ϕ ( t , X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 ϕ ~ ( t , k ) mi i k X d 3 k ,

Sustituyo esto en la ecuación de KG para obtener

2 ϕ ~ t 2 + ( k 2 + metro 2 ) ϕ ~ = 0.

Esta es la ecuación diferencial de un oscilador armónico simple, así que puedo escribir inmediatamente

ϕ ~ ( t , k ) = A ( k ) mi i ω k t + B ( k ) mi i ω k t ,

y por lo tanto encuentro

ϕ ( X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 ( A ( k ) mi i ω k t k X + B ( k ) mi i ω k t k X ) d 3 k .

Ahora, en esta etapa, me confundo un poco. He visto la solución general de la ecuación de Klein-Gordon y tiene un factor de 1 / 2 ω k dentro del integrando, ¿algún consejo sobre cómo puedo proceder con esto?

También he leído que para ordenar la notación establecería k k en el segundo término del integrando, pero ¿no cambiaría esto d 3 k d 3 k como el determinante jacobiano es 1 , entonces seguramente debería ser una diferencia de dos términos?


La solución a la que estoy tratando de llegar:

ϕ ( X ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 1 2 ω k ( A ( k ) mi i ω k t k X + B ( k ) mi i ω k t + k X ) d 3 k .

Redefine tu A ( k ) y B ( k ) a 1 2 ω k A ( k ) y 1 2 ω k B ( k ) respectivamente.

Respuestas (1)

La combinación lineal general de soluciones es

ϕ ( X ) = d 4 k ( 2 π ) 4 d ( k 2 metro 2 ) Θ ( k 0 ) [ A ( k ) mi i k X + B ( k ) mi i k X ] .
En contraste con lo que escribiste, esto es (manifiestamente) invariante de Lorentz. Después de todo, desea describir un campo escalar. La siguiente observación es que
d 4 k ( 2 π ) 4 d ( k 2 metro 2 ) Θ ( k 0 ) = d 3 k ( 2 π ) 3 1 2 ω k con   ω k = k 2 + metro 2 .
Esto explica el factor 1 / ω k . En este argumento tampoco hay necesidad de jugar con signos menos.

Podría decirse que esta es la forma más sencilla de obtener una expresión manifiestamente invariante de Lorentz.
¿Por qué tienes el Θ ( k 0 ) ? Quiero decir, ¿por qué restringes el k 0 a valores positivos?
@ user171780 Bueno, nuestras convenciones son tales que las energías de los objetos físicos, es decir, partículas y antipartículas, son positivas.
Bueno, gracias. Y que pasa con el extra π que desaparece en el denominador? Estoy haciendo los cálculos y no puedo ver cuándo se cancela.
Una expresión escrita en un sistema de coordenadas particular (en el que, por ejemplo, el componente k 0 se evalúa) no es manifiestamente invariante de Lorentz, aunque sí es implícitamente invariante de Lorentz