<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v3.0 20080202//EN" "http://dtd.nlm.nih.gov/publishing/3.0/journalpublishing3.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" dtd-version="3.0" xml:lang="en" article-type="research article">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">
    jamp
   </journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2327-4352
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2327-4379
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jamp.2025.1310200
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    jamp-146907
   </article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Deriving Some Results of Quantum Mechanics from Classical Physics
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Ahmed El
      </surname>
      <given-names>
       Houshy
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
   </contrib-group> 
   <aff id="affnull">
    <addr-line>
     aPhysics Department, American University in Cairo (AUC), Cairo, Egypt
    </addr-line> 
   </aff> 
   <pub-date pub-type="epub">
    <day>
     10
    </day> 
    <month>
     10
    </month>
    <year>
     2025
    </year>
   </pub-date> 
   <volume>
    13
   </volume> 
   <issue>
    10
   </issue>
   <fpage>
    3573
   </fpage>
   <lpage>
    3595
   </lpage>
   <history>
    <date date-type="received">
     <day>
      23,
     </day>
     <month>
      September
     </month>
     <year>
      2025
     </year>
    </date>
    <date date-type="published">
     <day>
      28,
     </day>
     <month>
      September
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      28,
     </day>
     <month>
      October
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date>
   </history>
   <permissions>
    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    The idea is that inside the phase of a wave, there exists a variational structure. This allows a correspondence with Hamiltonian Mechanics. This allows a correspondence between waves and particles. Combined with Dispersive Wave Theory, results from Quantum Mechanics follow.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Classical Mechanics
    </kwd> 
    <kwd>
      Lagrangian Mechanics
    </kwd> 
    <kwd>
      Hamiltonian Mechanics
    </kwd> 
    <kwd>
      Variational Methods
    </kwd> 
    <kwd>
      Hamilton’s Principle
    </kwd> 
    <kwd>
      Stationary Phase Principle
    </kwd> 
    <kwd>
      Extended Canonical Transformation
    </kwd> 
    <kwd>
      Whitham’s Methods
    </kwd> 
    <kwd>
      Eikonal Representation
    </kwd> 
    <kwd>
      Dispersive Waves
    </kwd> 
    <kwd>
      Quantum Mechanics
    </kwd> 
    <kwd>
      Postulates of Quantum Mechanics
    </kwd> 
    <kwd>
      Wave-Particle Duality
    </kwd> 
    <kwd>
      Born’s Postulate
    </kwd> 
    <kwd>
      de Broglie Relation
    </kwd> 
    <kwd>
      Planck Relation
    </kwd> 
    <kwd>
      Schrodinger Equation
    </kwd> 
    <kwd>
      Schrodinger’s Cat
    </kwd> 
    <kwd>
      Group Velocity
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction: Explaining Wave-Particle Duality</title>
   <p>What is a wave? From the point of view of PDEs, it is a disturbance that moves along characteristics(rays). According to Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref>, there are two kinds of waves. Waves where the characteristics are inside the amplitude and those where the characteristics are inside the phase. The latter kind is called dispersive waves (which are also described by variational methods). This work is based on the fact that a quantum wavefunction is a dispersive wave. (Briefly, a Dispersive Wave is a wave of the form 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is the amplitude and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math> is the phase, which in turn is related to the angular frequency 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> and wave number 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>. Once plugged into the governing equation, we are left with a Dispersion relation relating 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. A more detailed definition is given below.)</p>
   <p>Particles also travel along characteristics, as is seen from variational methods. But here, the characteristics are trajectories (described by, say, Hamiltonian mechanics) rather than rays. Thus, wave-particle duality may be seen as ray-trajectory equivalence. The ray-trajectory equivalence is well known from mechanics, see, for example, Section 10-8 in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-2">
     [2]
    </xref>. However, less known is the ray-wave equivalence. That is, given a ray, we may reconstruct the associated wavefronts using Hamilton’s Stationary Wave Principle. The fact that waves and particles are described by variational methods explains why these methods are so fundamental in physics, both for classical physics as well as quantum physics (as well as fields). Even the space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in classical mechanics is called the phase space. Hamilton realized that his treatment applied equally to particles as well as waves, as is evident from the title of his research paper <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-3">
     [3]
    </xref>. Had he seen the experiments demonstrating the wave-particle duality, he might have come up with quantum mechanics himself. It also explains why quantum mechanics may be applied to classical waves, as is the case for plasma physics <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-4">
     [4]
    </xref>.</p>
   <p>Moreover, as there exists an underlying variational structure for both particles and waves explains why both are related using a variational structure… that is classical particle time development may be described by Hamiltonian mechanics and quantum mechanics evolution is described by a Hamiltonian Operator. (Though Quantum Mechanics may also be described by Lagrangian mechanics, as is the case of Feynman Treatment.)</p>
   <p>It is worth noting that, as there exists an analogy of Einstein’s General Theory of Relativity in terms of geometric optics and rays… then there also exists a reformulation in terms of waves through the wave-ray analogy. This raises hope of quantizing general relativity. Quantum physics is more than a theory, it’s a process, every classical theory has its quantum counterpart (through quantization). This is because every Algebraic Expression of energy conservation may be converted to a differential wave equation… through identifying the energy/frequency to the temporal derivative and the momentum/wave-vector to the spatial derivative.</p>
   <p>In this work, we attempt to derive some of the postulates of Quantum Mechanics from Classical physics. For future reference, we state the postulates of Quantum Mechanics, see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-5">
     [5]
    </xref>. Here, with abuse of notation, we designate both the observable and the corresponding eigenvalue with the same mathematical designation.</p>
   <p>To any observable in physics, say 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math>, there corresponds an operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math>, such that the measurement of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> yields eigenvalues 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> of the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.1)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> is the eigenfunction of the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> corresponding to the eigenvalue 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Measurement of the observable 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> that yields the value 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> leaves the system in the state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the eigenfunction of the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> corresponding to the eigenvalue 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>For a system in the state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
        </mstyle> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, the average of physical observable 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mo>
            ∗ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mo>
            ^ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold"> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mstyle> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.2)</p>
   <p>where, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> is the element of volume and the average 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is called the expectation value of the observable 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>The state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
        </mstyle> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> evolves in time according to:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.3)</p>
   <p>This is the time-dependent Schrodinger Equation and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> is the Hamiltonian Operator.</p>
   <p>For a given wavefunction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math>, the probability density 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> is:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.4)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is the probability that the measurement of the particle’s position at the time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>finds it in the volume 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> about the point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. A Definition of Dispersive Waves</title>
   <p>According to Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref>, there are two main classes of waves. The first class is defined by hyperbolic partial differential equation and these are known as Hyperbolic Waves. The second class is called Dispersive Waves and they are defined by the solution rather than by an equation—unlike Hyperbolic Waves. In 1D, a linear dispersive system is any system that admits solutions of the form</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (1.5)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is the Amplitude, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> is the wave number, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> is the angular frequency. For a linear system, they are all constants. When (1.5) is substituted into the governing equation a relation between 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> is reached satisfying</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.6)</p>
   <p>This is the (implicit) Dispersion Relation and contains all the physics. There exists a correspondence between the PDE and the dispersion relation through the relation:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.7)</p>
   <p>We assume that this correspondence persists for more general definitions of Dispersive Waves for non-constant PDEs and non-constant 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>We may write 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> in terms of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> to get an explicit Dispersion Relation:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.8)</p>
   <p>The quantity</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.9)</p>
   <p>is called the phase. The phase velocity is</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.10)</p>
   <p>And in general, the phase velocity depends on the wave number. That is, different phases with different 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        ' 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> will travel at different phase velocities resulting in dispersion. For 1D cases, we require that</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ″ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.11)</p>
   <p>This condition ensures that we have a dispersion and is stronger than the requirement that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is not constant… as it eliminates the case 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mi>
        o 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> as well. As will be seen for example when considering Asymptotic Case later on, we note that the group velocity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the more important propagation velocity and the condition (1.11) ensures that it is not constant.</p>
   <p>Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref> introduces a basic definition of Linear Dispersive Waves: They are the ones with solutions (1.5), (1.8) and satisfy the condition (1.11). We make the addition, that was only implicit in Whitham’s work, that the correspondence (1.7) holds.</p>
   <p>For the Extended Linear Case, i.e. non-uniform media or PDEs with non-constant coefficients the correspondence persists but the trio 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are no longer constant and are instead functions of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>. Moreover, the dispersion relation will then have an additional dependence on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>. Here, Fourier Analysis will be of limited use and the problem may be handled by Whitham’s Variational Methods.</p>
   <p>While for nonlinear PDEs, and the Nonlinear Case, the correspondence still persists and the trio still depends on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> but this time the Dispersion relation will depend further on the Amplitude. And again, the problem may be treated via Whitham’s Variational Methods.</p>
   <p>Intuitively speaking, as Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref> mentions, a dispersive wave is an oscillation in time coupled to an oscillation in space.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Hamilton’s Stationary Phase Principle</title>
   <p>There is a Hamiltonian Structure inside the phase … for fast as well as slow changing waves. The following is based on <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-4">
     [4]
    </xref>.</p>
   <p>Hamilton’s phase integral shows how a ray theory could be used to recover the wave.</p>
   <p>For the Extended Linear Case, in Cartesian Co-ordinates, for a dispersive wave (also known as the eikonal ansatz),</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (1.12)</p>
   <p>moving along the phase 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and keeping constant, we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.13)</p>
   <p>where we defined</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (1.14)</p>
   <p>which is a mere generalization of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>… an oscillation that looks locally like a plane wave</p>
   <p>But on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math> is a constant, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, whence,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        phase velocity 
      </mtext> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.15)</p>
   <p>Consider how the phase 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> changes along a path 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for a fixed time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. So given 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> find 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.16)</p>
   <p>Thus,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.17)</p>
   <p>This can be inverted to give:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (1.18)</p>
   <p>This is just the integral version of (1.17)… we are recovering the phase by integrating over a path 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       σ 
     </mi> 
    </math>. Observe that this path is independent of parametrization. This path is not yet a ray.</p>
   <p>How do we generalize this expression to include the time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> and the frequency 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math>? Assuming that the path does not change in time and that the phase evolves in time with the wavefronts moving along a fixed path.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (1.19)</p>
   <p>Here, we have used the fact that the integral (1.18) is independent of parameterization to change from the arbitrary orbit parameter to the physical time. Now (1.19) is simply an integral form of the phase function that satisfies (1.14). Now let us carry out the following steps:</p>
   <p>1) Let’s Double the dimensionality of our system by treating 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> as independent of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> (just as we treat 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> as independent of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       q 
     </mi> 
    </math> in Hamiltonian mechanics).</p>
   <p>And now the new space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is called ray phase space—analogous to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> phase space in Hamiltonian Mechanics.</p>
   <p>2) Introduce 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, a smooth function on ray phase space and time.</p>
   <p>3) Introduce a smooth path 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in ray phase space, parameterized by the physical time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>4) Define the phase integral, which is a functional of the phase space path</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (1.20)</p>
   <p>5) Now, invoke a stationarity principle for the phase integral (1.20), allowing variation of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> separately, holding the endpoints of the path fixed. First, stationarity of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Θ 
     </mi> 
    </math> with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, holding 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> fixed, implies (after integration by parts, and suppressing the arguments for clarity)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.21)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ε 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 y 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 y 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.22)</p>
   <p>Now,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.23)</p>
   <p>As in both cases, we are differentiating w.r.t. the second argument</p>
   <p>While,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.24)</p>
   <p>Substituting (1.23) and (1.24) into (1.22), we now have:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (1.25)</p>
   <p>However, (and here comes the integration by parts)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.26)</p>
   <p>Integrating w.r.t. 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> from 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> to 0, we get:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.27)</p>
   <p>Setting boundary term to zero we get:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.28)</p>
   <p>Substituting the above into (1.25), we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.29)</p>
   <p>Finally,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              Θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                ε 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              ε 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.30)</p>
   <p>Secondly, stationarity of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Θ 
     </mi> 
    </math> with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <mi>
        κ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, holding 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> fixed, implies</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              Θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                ε 
              </mi> 
              <mi>
                κ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              ε 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mi>
           κ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.31)</p>
   <p>And now equating the integrands to zero, we end up with the pair:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.32)</p>
   <p>Equations (1.32) are called Hamilton’s equations, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> is the ray Hamiltonian.</p>
   <p>Given the smooth function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and the initial conditions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, Hamilton’s equations determine a unique path in ray phase space. Paths that satisfy Hamilton’s equations we will call rays once more, in order to distinguish them from arbitrary paths in ray phase space. But note that the dimensionality of the space the ray inhabits has doubled from Fermat’s formulation.</p>
   <p>Constructing the eikonal phase using rays that satisfy (1.32) in the phase integral (1.20) requires that we follow a family of rays. For that family of rays, if at each point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> there is only one ray, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> is a well-defined function of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math>, and we can write 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> once more. The phase space integral (1.20) then reduces to the previous form of the phase integral (1.19), thereby showing that once more 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. For this family of rays, we also have the identity:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.33)</p>
   <p>Thus, along rays we may rewrite <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-#GOTOBUTTON ZEqnNum641467  * MERGEFORMAT">
     <a href="#REF ZEqnNum641467 * Charformat ! * MERGEFORMAT"></a>
    </xref> as:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.34)</p>
   <p>Observe that now we may reconstruct the wave (or phase) from the ray equations above. Given 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math>, we may use (1.20) to reconstruct the phase 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Θ 
     </mi> 
    </math>, suppressing functional dependence we have:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
      <mi>
        Θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mtext>
               d 
             </mtext> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (1.35)</p>
   <p>And we have a correspondence between rays and waves. Moreover, as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> is also a function of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>, then it is the dispersion relation rather than just simply the angular frequency 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Another key point is that Hamilton’s “ray” equations look very much like Hamilton’s equations for particle mechanics:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.36)</p>
   <p>That is we have a time derivative of the independent variables equal to a (plus or minus) partial derivative of a dependent variable, with the correspondence:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          ↔ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          ↔ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.37)</p>
   <p>Why does (1.34) look like (1.36)? It is because (1.35), the phase integral, looks like a modified Hamilton’s Principle under the same correspondence. Whence the variation of the phase integral is like the variation of the Hamiltonian yielding the same characteristic equations. We have just shown the equivalence of the rays to particle characteristics whence establishing the relation between waves and particles… proving the wave-particle duality. Under the correspondence (1.35) becomes:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.38)</p>
   <p>Whence we have another correspondence:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Θ 
      </mi> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.39)</p>
   <p>That is, the phase and action are related and the Principle of Least Action coincides with the Stationarity of the Phase. This is a variational, and so a fundamental, explanation of the wave-particle duality. Both principles play a role in Feynman’s Path-Integral.</p>
   <sec id="s3_1">
    <title>Remarks on Functional Dependence</title>
    <p>The fact that here 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> is only a function of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math> and is independent of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math>, unlike the requirement by the Extended Linear Case, does not affect the correspondence between waves and particles. This is because in the Hamiltonian formulation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> (the counterpart of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>) is independent of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        q 
      </mi> 
     </math>(the counterpart of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math>). Later on, we shall give a derivation of (1.32) where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> is a function of both 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>Moreover, the Hamiltonian 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> more directly corresponds to the Dispersion Relation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> rather than the angular frequency 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. This is because, the Hamiltonian and the Dispersion relation have a corresponding functional dependence on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> respectively:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             q 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           ↕ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ↕ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ↕ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ↕ 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.40)</p>
    <p>While 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> only depends on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>… not 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> even though 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ω 
      </mi> 
     </math> is numerically equal to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math>.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Planck’s and de Broglie Relations</title>
   <p>Could we make the correspondence (1.37) more precise? The answer turns out to be yes. Observe that Equations (1.34) and (1.36) both possess a Hamiltonian structure. Equations (1.38) satisfy the same variational principle:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msup> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.41)</p>
   <p>Whence they are related by an Extended Canonical Transformation, see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-6">
     [6]
    </xref>. For simplicity, we set the generating function to zero and we are left with the scale transformations, using 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math> as the scaling constant:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.42)</p>
   <p>Leading to:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.43)</p>
   <p>Finally, combining the two Equations (1.42), (1.43) and using (1.41)… we finally have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mi>
        Θ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.44)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref>And the first of (1.42) is the de-Broglie relation with the scaling constant 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       h 
     </mi> 
    </math> being Planck’s constant. Observe that (1.43) is more general than the Einstein-Planck relation 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, as in general the Hamiltonian 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> is not always equal to the total Energy 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>Furthermore, observe that the direct relation without the scaling transformation is meaningless as the units on either side of the equation do not match. It would be interesting to see the kind of physics that emerges had the generating function not been set to zero … but that’s the subject of further research.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Another Way of Seeing the Correspondence between Waves and Particles</title>
   <p>Another way of seeing the correspondence between momentum and wavevector and that between energy and frequency is presented in this section. The constant phase of a plane wave and the Action are expressed as follows:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.45)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> are constants while 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> are not. If we try to make the second of (1.45) look like the first then we may specialize to the case where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> are constants. In which case the second of equation of (1.45) becomes:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mtext> 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
          for constant 
        </mtext> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mtext>
          we have 
        </mtext> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.46)</p>
   <p>And now we have a direct correspondence with the first of (1.45) (remember that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        q 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>):</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          ↕ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ↕ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ↕ 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.47)</p>
   <p>And we have:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          ↔ 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ↔ 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          ↔ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.48)</p>
   <p>If instead we try the other way around that is, we make the second of (1.45) look like the first. Through generalizing 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> to the non-constant case and introduce an integration sign… then we end up with the approach of the previous sections.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. An Alternative Derivation of the Hamiltonian Structure inside the Phase along with a Discussion of Group Velocity</title>
   <p>The following derivation and discussion this time is based on Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref>. Consider again a phase 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math> with a local wavenumber 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> and local angular frequency 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math></p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.49)</p>
   <p>Taking further derivatives with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> gives,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.50)</p>
   <p>Assuming continuous 2<sup>nd</sup> derivatives we have:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.51)</p>
   <p>which is the continuity equation for the wave number. This is seen if we let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> denote wave density and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> denote the wave flux. What we have is the conservation of waves!</p>
   <p>Observing that</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.52)</p>
   <p>We see that (1.51) becomes</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.53)</p>
   <p>What this states is that the group velocity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the propagation velocity of the wave number 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> (This is the first role of the group velocity. The second role—to be seen later—is the propagation of the amplitude squared, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>). To see this, consider</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mi>
        o 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.54)</p>
   <p>Then</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.55)</p>
   <p>Or</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.56)</p>
   <p>Compared with (1.53), we find that</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.57)</p>
   <p>The general solution of (1.53) for an initial distribution 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.58)</p>
   <p>where,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.59)</p>
   <p>If 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> is initially centered at the origin then it is determined from</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.60)</p>
   <p>This is just the solution obtained by asymptotic methods, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> are so large that the distribution appears centered at the origin.</p>
   <p>If now we extend the dispersion relation to the case of nonuniform media, then it can be written as</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.61)</p>
   <p>Then (the dependence directly on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> and the dependence through 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>),</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.62)</p>
   <p>Substituting into (1.51), we find that:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.63)</p>
   <p>But from (1.61), this is just</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.64)</p>
   <p>From (1.57) and (1.56), the LHS can be written as:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        on 
      </mtext> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.65)</p>
   <p>And we have recovered the Hamiltonian structure in the phase. (Compare to (1.34) and (1.36).)</p>
   <p>Note that from (1.61), we have</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.66)</p>
   <p>But from (1.65), we have</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.67)</p>
   <p>Or</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.68)</p>
   <p>That is, the frequency is constant on each characteristic when the medium is time independent as remarked by Whitham. Furthermore, it may be deduced from (1.68) that</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.69)</p>
   <p>Mirroring the relation from Classical Mechanics that</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.70)</p>
   <p>which says that the Hamiltonian is constant in time if it does not explicitly depend on time. This Boosts confidence that the Hamiltonian 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> does indeed correspond to the Dispersion Relation 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>As a bonus, from the definition of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> in (1.49), we may rewrite (1.61) as</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          Θ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.71)</p>
   <p>which is the Hamilton-Jacobi Equation using the correspondence in (1.48).</p>
  </sec><sec id="s7">
   <title>7. Schrodinger’s Equation and Unitary Evolution</title>
   <p>For a dispersive wave (and this is how the eigenfunction formulation now kicks in), we have the correspondence:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.72)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.73)</p>
   <p>However, we may define that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       H 
     </mi> 
    </math> is the eigenfunction of some operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math>. as it is proportional to the frequency 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> and is virtually identical up to a constant. So, we now have,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.74)</p>
   <p>Thus,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           ℏ 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           ℏ 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.75)</p>
   <p>And so, we have,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.76)</p>
   <p>And we have recovered unitary evolution.</p>
   <p>Again, using (1.42) and (1.72), we have for a dispersive wave:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           ℏ 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.77)</p>
   <p>However, we may define that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> is the eigenfunction of some operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math>. as it is proportional to the wavevector 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> and is virtually identical up to a constant. So, we now have,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.78)</p>
   <p>And as</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.79)</p>
   <p>We have,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          ^ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.80)</p>
   <p>Or,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1.81)</p>
   <p>For a time-independent Hamiltonian, we have,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.82)</p>
   <p>Starting from (1.73), we have</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.83)</p>
   <p>Using (1.81), we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            ^ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.84)</p>
   <p>And we have reproduced Schrodinger’s Equation. The point is that the relation to dispersive waves explains why only the momentum 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> has an equivalent differential operator unlike 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, or 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> for that matter.</p>
  </sec><sec id="s8">
   <title>8. Discussion of the Quantum Mechanics Postulates</title>
   <p>Equation (1.76) matches Equation (1.3) and so we have reproduced Postulate IV the Time Evolution Postulate. We have also derived the momentum operator equation. Moreover, the form of Equations (1.74) and (1.78) matches the form found in Postulate I on Observables and Operators… in that we have an operator acting on an eigenfunction to yield an eigenvalue times the eigenfunction. Also, the eigenvalue turns out to be the physical quantity we seek (which in the case of Equations (1.74) and (1.78) is the Hamiltonian and the momentum).</p>
   <p>Regarding the troublesome Measurement Postulate (Postulate II above), observe the form of the momentum operator Equation (1.79) that determines the momentum 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math>. It is a differential equation and so it determines (along with the Boundary Conditions) the eigenfunction (which is the state function) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math> along with the eigenvalue (the quantity to be measured). Thus, the very act of measurement of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math> induces a new differential equation—different from the time evolution equation—and so comes up with a new state function (which may be different from that determined by the Schrodinger Equation) and the old state function is destroyed… Moreover, a new observable is reached. The very Eigen-formulation of formulation of Quantum Mechanics where measurement of a new quantity is induced by a new operator—as in Postulate I—is what leads to the destruction of the old state function and along with it the destruction of the old state. This Eigen-formulation (along with the rule for the Momentum and Hamiltonian Operators) is inherited from Dispersive Waves. Dispersive Waves possess an eigen-structure as for example is seen in Photonics where the dispersion relation of Electromagnetic waves is of prime importance see for example <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-7">
     [7]
    </xref>. The Schrodinger Equation then describes how this new state-function/eigenfunction evolves in time with the measurement as the initial condition.</p>
   <p>Regarding Postulate III on the Expectation Value … Averaging is quite natural when dealing with waves or oscillations. For example, Root Mean Square of a sine wave is the relevant quantity when dealing with AC circuits or adiabatic invariants in two-timing mechanics (see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref>). Sandwiching an operator between two state functions in order to extract the quantity of interest is quite natural and may happen in for example photonics in order to extract the Dispersion Relation from the Master Equation (see Appendix A of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-7">
     [7]
    </xref> for the similarities of Photonics and Quantum Mechanics both consisting of an Eigen-formulation). In fact, Whitham also extracts the Dispersion Relation via Averaging in his Averaged Lagrangian Formulation.</p>
   <p>The correspondence between the differential operators and the wave quantities 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ω 
     </mi> 
    </math> maps the PDE governing wave motion to the Dispersion Relation (an algebraic expression which contains all the physics of the wave motion). This Dispersion Relation is in turn mapped to the Hamiltonian (which is another algebraic expression containing all the physics of the particle motion) via the de Broglie and Einstein-Planck relations. Thus overall, we have a mapping from the PDE wave equation (which in the elementary linear case amounts to “pulling down” information from the phase) to the Particle’s (Algebraic) Hamiltonian.</p>
   <p>The fact that we used the Extended Linear Case of the Definition of Dispersive Waves means that the solutions display wave behavior… Such as: Interference and Linear Superposition. In fact, this was one of the motivations for Schrodinger to write down a Linear PDE for the time evolution of the wave function.</p>
   <p>Finally, it may be noted that the Born’s Postulate regarding probabilistic behavior of matter will be discussed towards the end.</p>
  </sec><sec id="s9">
   <title>9. Quantization</title>
   <p>From Hamiltonian Mechanics, we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.85)</p>
   <p>While from dispersion waves theory, (we expect that the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> corresponds simply to multiplication of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math> by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math> just like the operator equivalent of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is simply multiplication of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math> by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math>), we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ^ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             ^ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ℏ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              ℏ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              ℏ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.86)</p>
   <p>Or</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.87)</p>
  </sec><sec id="s10">
   <title>10. Uncertainty Principle</title>
   <p>And the Uncertainty Principle follows from the Fourier Transform, related to Dispersion Wave Theory,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.88)</p>
   <p>Multiplying both sides by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math>, we have,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (1.89)</p>
  </sec><sec id="s11">
   <title>11. Schrodinger’s Cat and the Uncertainty Principle… Reproduced via a Classical System</title>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref>Figure 1. The Simple Harmonic Oscillator on the left is a classical system. Yet for a given position 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        
  q
 
       </mi>

      </math> (displacement off equilibrium position)of the block with mass 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        
  m
 
       </mi>

      </math>, we do not know for sure the linear momentum, as the block might be swinging from left to right or from right to left. That is, even though we are 100% sure about the position of the block we are uncertain of the linear momentum (we do not know whether it is 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    p
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math> or 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    p
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math>). Coupling this to the poison in the box that contains a cat we reproduce the dilemma of Schrodinger’s cat. Because we are uncertain about the momentum of the block, we are uncertain about whether the bottle of poison has been opened and the cat has died or not. Thus, we need to open the box to find out! We have thus reproduced uncertainty from a Classical System—the Simple Harmonic Oscillator.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724368-rId548.jpeg?20251031031943" />
   </fig>
   <p>The Simple Harmonic Oscillator, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>, is a classical system and we have 100% information on the position of the block… but we still do not know which way it is going to swing. Hence, we do not know if it is going to pop open the bottle of poison and kill the cat or not.</p>
   <p>The uncertainty in the cat’s state may be traced back to the multi-valuedness (and hence uncertainty in the classical sense as say buckling of a symmetric pole) of the momentum of a classical system given a certain position.</p>
   <sec id="s11_1">
    <title>11.1. Geometric Picture</title>
    <fig id="fig2" position="float">
     <label>Figure 2</label>
     <caption>
      <title>
       <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref>Figure 2. In Phase Space representation of the Simple Harmonic Oscillator, it is clear that a single value of the position 

       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         
  q
 
        </mi>

       </math> leads to two values of the momentum 

       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         
  p
 
        </mi>

       </math>. This multivaluedness in the classical system leads to a natural uncertainty. The extent of the ellipse leads to a rough estimate of the range of values of position 

       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
         <mi>
          
   Δ
  
         </mi>
  
         <mi>
          
   q
  
         </mi>
 
        </mrow>

       </math> and the range of values of the momentum 

       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
         <mi>
          
   Δ
  
         </mi>
  
         <mi>
          
   p
  
         </mi>
 
        </mrow>

       </math>.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724368-rId557.jpeg?20251031031943" />
    </fig>
    <p>Let us write down the Hamiltonian of the Simple Harmonic Oscillator. As 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        q 
      </mi> 
     </math> does not depend on time explicitly and the force due to the spring is derivable from a conservative potential, then we have (see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-6">
      [6]
     </xref>),</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(1.90)</p>
    <p>where, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        T 
      </mi> 
     </math> is the kinetic energy and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        V 
      </mi> 
     </math> is the potential energy,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.91)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> is the spring constant. Hence,</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> (1.92)</p>
    <p>where for the natural oscillating frequency 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ω 
      </mi> 
     </math>, we have,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(1.93)</p>
    <p>For simplicity, we set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and we may rewrite (1.92) as,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ω 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(1.94)</p>
    <p>which is the equation of the ellipse shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">
      Figure 2
     </xref>. Let us calculate the area of the ellipse.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
           Area of an ellipse 
         </mtext> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mo>
           × 
         </mo> 
         <mtext>
           Semi-Major Axis 
         </mtext> 
         <mo>
           × 
         </mo> 
         <mtext>
           Semi-Minor Axis 
         </mtext> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             q 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              H 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                H 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               / 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.95)</p>
    <p>So,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(1.96)</p>
    <p>Or,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         8 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(1.97)</p>
    <p>We have not reproduced the quantum uncertainty principle but we have a classical system with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>But we also have,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
           Area 
         </mtext> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∮ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∬ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mtext>
           Integral of Poincare Invariant 
         </mtext> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
           = Integral of the Jacobian or 2D volume element 
         </mtext> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.98)</p>
    <p>Interestingly enough here (for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>),</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           l 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           l 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           o 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         Integral Poincare Invariant 
       </mtext> 
      </mrow> 
     </math>(1.99)</p>
    <p>Observe that,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∮ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ⇔ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(1.100)</p>
    <p>where the equation on the left is global or integral while the equation on the right is local or differential.</p>
   </sec>
   <sec id="s11_2">
    <title>11.2. Statistical Picture</title>
    <p>From <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-6">
      [6]
     </xref>, we have for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msqrt> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msqrt> 
        </mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mi>
         cos 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msqrt> 
       <mi>
         sin 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(1.101)</p>
    <p>For sinusoidal waveforms (with no DC component), we have using Standard Deviations:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </msqrt> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msqrt> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </msqrt> 
        </mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(1.102)</p>
    <p>And we are missing a factor of 1/2. This similar to results found by Old Quantum Mechanics, which Einstein endorsed.</p>
    <p>This statistical picture also shows a valuable analogy where averaging method is used, i.e. rms that relates waves/AC-electrical-theory to particles/DC-electrical-theory.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s12">
   <title>12. Wave-Particle Duality (on a Small Scale)</title>
   <p>The following is based on <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-4">
     [4]
    </xref>. Consider a General Linear Wave Equation:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.103)</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a linear combination of the partial derivatives 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (as is the case with Schrodinger Equation and Dirac Equation). The imaginary number 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       i 
     </mi> 
    </math> has been introduced so that we have a direct correspondence to the wave vector and the frequency:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.104)</p>
   <p>Using the Anstanz 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, we assume the envelope 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is varying at a rate slower than the carrier wave 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>… that is slower than the wavelength and period. This is encoded mathematically as follows:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≫ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≫ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.105)</p>
   <p>Introducing,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.106)</p>
   <p>We see that:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        L 
      </mi> 
      <mo>
        ≫ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mo>
        ≫ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.107)</p>
   <p>We introduce a small parameter to keep track of asymptotic orders,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>(1.108)</p>
   <p>We also introduce 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ε 
     </mi> 
    </math> in front of each derivative:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.109)</p>
   <p>Moreover, as the envelope 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is varying slower than the phase, we introduce the small parameter into the phase:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (1.110)</p>
   <p>Now,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.111)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ε 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (1.112)</p>
   <p>So now, the Differential Equation (1.103) becomes after using (1.109), (1.110), (1.111) and (1.112):</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (1.113)</p>
   <p>Expanding both 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in powers of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ε 
     </mi> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mo>
        ⋯ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(1.114)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mo>
        ⋯ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(1.115)</p>
   <p>where,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ↔ 
      </mo> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.116)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ω 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ω 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              ω 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>(1.117)</p>
   <p>So, (1.113) gives</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.118)</p>
   <p>Or,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.119)</p>
   <p>As 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> were chosen such that:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.120)</p>
   <p>To first order in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ε 
     </mi> 
    </math>, we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.121)</p>
   <p>As</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(1.122)</p>
   <p>We have</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1.123)</p>
   <p>Thus,</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1.124)</p>
   <p>And to first order (1.110) becomes:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.125)</p>
   <p>As for small 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ε 
     </mi> 
    </math> the oscillatory part varies rapidly. Now, from (1.124), we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
          or 
        </mtext> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(1.126)</p>
   <p>That is, on a small scale, in the linear regime, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math> is a waveform moving at the velocity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> which is the particle’s velocity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ˙ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math>(by (1.34)). This explains why according to the linear Schrodinger equation the particle displays wave behavior such as interference. The associated wave moves at the particles velocity and displays wave behavior thus explaining wave-particle duality.</p>
   <p>On a larger scale, there might be interference but not at the particle’s speed explaining why wave-particle duality is not observed on larger scales. Interference may still occur as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ψ 
     </mi> 
    </math> still has the form of a wave but the interference will not coincide with the particle as the wave and the particle are not moving at the same velocity. An exception is the Linear Schrodinger Equation, where linearity allows superposition and interference at larger scales.</p>
  </sec><sec id="s13">
   <title>13. Born’s Postulate and Probabilistic Behavior</title>
   <p>Intuitively, for a purely classically wave the energy (which is conserved as is equal to the integration of the intensity w.r.t. 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       x 
     </mi> 
    </math>) is moving at speed 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the group velocity. Thus the quantity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> is conserved.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mi>
        o 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(1.127)</p>
   <p>However, in the QM context, the energy (or more precisely the Hamiltonian) is equal to the frequency and so the conservation of intensity could mean the conservation of probability (after normalization) and we have recovered unitarity… essential for Quantum Physics. Moreover, the particle is also moving at speed 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ˙ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and so we may identify the particle with the square of the intensity.</p>
   <p>In other words, if the entirety of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> is associated with a particle (as both are moving at speed 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>). Then, parts of the elongated sum, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, maybe associated with parts of the particle. However, as the particle is indivisible, then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is associated with the probability of finding the particle at the interval 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. And we have derived Born’s Postulate.</p>
   <sec id="s13_1">
    <title>Asymptotic Approach</title>
    <p>An argument from Whitham <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
      [1]
     </xref> based on asymptotic methods frees us from associating the Energy to the square of the Amplitude. Consider the continuous superposition of dispersive plane waves.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mi>
            F 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             κ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                κ 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 κ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            κ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>(1.128)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        κ 
      </mi> 
     </math> is the wave number, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the Amplitude density and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the dispersion relation (numerically equal to the angular frequency).</p>
    <p>For large 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math> and with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> held fixed, we rewrite the above as</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mi>
            F 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             κ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               κ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            κ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (1.129)</p>
    <p>With</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         χ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         κ 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> (1.130)</p>
    <p>And 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is a fixed parameter (allowing us to consider waves moving at a selected asymptotic velocity 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> highlighting the relation between the velocity and the contributing asymptotic modes) and only the dependence on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        κ 
      </mi> 
     </math> is shown. The method of Stationary Phase says that the main contribution in (1.129) comes from the neighborhood of stationary points or slowly varying points and not from rapid oscillations.</p>
    <p>At stationary point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         κ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> we have,</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          χ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (1.131)</p>
    <p>Expanding the Fourier Component 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         χ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          κ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> in the neighbourhood of the stationary point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         κ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, we have,</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            κ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≃ 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           χ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            κ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≃ 
         </mo> 
         <mi>
           χ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              κ 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msup> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≠ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (1.132)</p>
    <p>Using (1.132), (1.129) becomes,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≃ 
       </mo> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           χ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    κ 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mi>
                    k 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <msup> 
               <mi>
                 χ 
               </mi> 
               <mo>
                 ″ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            κ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>(1.133)</p>
    <p>The remaining integral is an error integral as can be seen by rotating the path of integration by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> the sign is the same as that of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          χ 
        </mi> 
        <mo>
          ″ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. And now the main contribution becomes</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≃ 
       </mo> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msqrt> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                χ 
              </mi> 
              <mo>
                ″ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msqrt> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             χ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mi>
              π 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mi>
             sgn 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mo>
              ″ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(1.134)</p>
    <p>Differentiating (1.130) w.r.t. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        κ 
      </mi> 
     </math> twice and noting that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is a fixed parameter, then we have at the stationary point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          χ 
        </mi> 
        <mo>
          ″ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ″ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(1.135)</p>
    <p>And so, in terms of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math>, the main contribution becomes</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≃ 
       </mo> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msqrt> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ″ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msqrt> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mi>
              π 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mi>
             sgn 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ″ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(1.136)</p>
    <p>And from (1.131) the asymptotic is moving at the group velocity</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> (1.137)</p>
    <p>And the amplitude of the contribution is</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msqrt> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ″ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math>(1.138)</p>
    <p>Consider the integral where we continuously sum over the intensity 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-"></xref> 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           Q 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <mo>
               ∗ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           8 
         </mn> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                F 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 F 
               </mi> 
               <mo>
                 ∗ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ″ 
                 </mo> 
                </msup> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mi>
                   k 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (1.139)</p>
    <p>Now, using (1.137), we change variables from 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math> to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.140)</p>
    <p>And so, for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ″ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (1.139) becomes</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Q 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         8 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mi>
            F 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             ∗ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>(1.141)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are related to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> via:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1.142)</p>
    <p>Observe that now if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> do not change in time then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Q 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is a constant with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are moving with the corresponding group velocities. Thus, the total amount of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> between any pair of group lines (the end points of the integration are lines characterized by the group velocity) is a constant. It is in this sense that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> travels at the group velocity. And as stated before the integration 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Q 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             ∗ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> may be normalized to represent probability, without mentioning conservation of energy.</p>
    <p>For the special case of a wave packet initially localized in space ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is very small) and with amplitude concentrated around a particular value 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is again very small), then the resulting disturbance is confined to the neighbourhood of the group line 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> and the wave packet as a whole moves with the group velocity 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ' 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. In the literature, discussions of group velocity are usually limited to this special case of localized initial disturbance, while Whitham’s argument is more general and applies to a range of values of wave numbers.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s14">
   <title>14. Conclusions</title>
   <p>In this work, we stated the assumption that the Quantum Wavefunction is a Dispersive Wave. Based on Whitham’s work <xref ref-type="bibr" rid="scirp.146907-1">
     [1]
    </xref>, we have come up with a definition of Dispersive Waves. Then, we uncovered the Variational Structure inside the phase and deduced the Hamiltonian Equations for the Ray Hamiltonian. This permitted an Extended Canonical Transformation between a wave’s Stationary Principle and a particle’s Hamilton’s Principle. This opened the way for further progress. By setting the generating function to zero, the Hamiltonian structures of the waves and particles had been related by a scaling transformation (a subset of Extended Canonical Transformation). The de Broglie and Einstein-Planck relations were derived and the latter slightly generalized… It would be interesting to see the kind of physics that would emerge had we not set the generating function to zero. However, this is the subject of further research.</p>
   <p>Later, the Schrodinger Equation was derived and some light was shed upon the Postulates of Quantum Mechanics, including the troublesome Measurement Postulate. The alteration of a state-function/eigenfunction through measurement is due to the fact that measurement is encoded mathematically as an eigenoperator which dictates the eigenfunction/state-function. This Eigen-formulation is inherited from Dispersive Waves. The Schrodinger Equation then describes how the state-function evolves in time with the measurement as the initial condition.</p>
   <p>The quantization of the momentum followed from the correspondence between the differential operator and the wave number.</p>
   <p>Waves and rays were unified as it was shown that it is possible to go from the phase of the wave to the ray information and back. Particles and rays were unified long ago… using this fact and the unification of Waves and rays; Waves and particles were unified. It was shown on a small scale that the particle and associated wave coincide as on that scale they both travel at the same velocity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>… thus verifying wave-particle duality observed on a small scale in the lab.</p>
   <p>The Uncertainty Principle was discussed and a classical system was constructed, using the Simple Harmonic Oscillator, that displayed uncertainty in momentum for a given known position. Finally, the Born Postulate regarding probabilistic behavior was derived along with a physical argument. It seems that Dispersive Waves do provide a classical framework for understanding Quantum Mechanics.</p>
  </sec>
 </body><back>
  <ref-list>
   <title>References</title>
   <ref id="scirp.146907-ref1">
    <label>1</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Whitham, G.B. (1974) Linear and Nonlinear Waves. John Wiley and Sons, Inc. 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref2">
    <label>2</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Goldstein, H. (1980) Classical Mechanics. 2nd Edition, Addison Wesely.
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref3">
    <label>3</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Hamilton, W.R. (1833) On a General Method of Expressing the Paths of Light, and of the Planets, by the Coefficients of a Characteristic Function. Dublin University Review and Quarterly Magazine, 1, 795-826.
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref4">
    <label>4</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Tracy, E.R., Brizard, A.J., Richardson, A.S. and Kaufman, A.N. (2014) Ray Tracing and Beyond Phase Space Methods in Plasma Wave Theory. Cambridge University Press. &gt;https://doi.org/10.1017/CBO9780511667565
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref5">
    <label>5</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Liboff, R.L. (1980) Introductory Quantum Mechanics. Holden-Day Inc. 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref6">
    <label>6</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Goldstein, H., et al. (2000) Classical Mechanics. 3rd Edition, Addison Wesely. 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.146907-ref7">
    <label>7</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Joannopoulos, J., et al. (2008) Photonic Crystals Molding Flow of Light. 2nd Edition, Princeton University Press.
    </mixed-citation>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>