Солітон

Історія вивчення солітона почалася в серпні 1834 року, на березі каналу Юніон поблизу Единбургу. Джон Скотт Расселл спостерігав на поверхні води явище, яке називав «усамітненою (відокремленою) хвилею», — англ. solitary wave

Вперше слово «солітон» вжили для опису нелінійних хвиль, що взаємодіють як частинки. Солітон трохи не став «солітроном», але йому пощастило — в ті часи існувала фірма з аналогічною назвою, і однією літерою довелося поступитися.

Найбільш загальноприйнятим вважають визначення, наведене Дразіним та Джонсоном в їхній книжці[6]. Згідно з цим визначенням солітоном називають хвильове збудження в нелінійному середовищі, яке задовольняє такі три вимоги:

• воно розповсюджується з постійною швидкістю, не змінюючи при цьому своєї форми;
• воно локалізоване у просторі;
• воно не змінюється після зіткнення з іншим таким же збудженням (окрім можливого зсуву фаз).

У реальних фізичних системах часто використовують слабше визначення, у якому однієї або кількох перелічених умов або не дотримуються взагалі, або дотримуються в межах певного наближення.

Солітони експериментально спостерігають в низці фізичних систем:

• На поверхнях рідин солітони утворюються у вигляді локалізованих горбів, що розповсюджуються на далекі відстані. Це перші солітони, виявлені в природі. Іноді солітонами вважають гігантські хвилі, що утворюються на поверхні океанів після землетрусів та вивержень вулканів — цунамі.
• Іонозвукові та магнітозвукові солітони в плазмі.
• Гравітаційні солітони в шаруватій рідині.
• Солітони у вигляді коротких світлових імпульсів в активному середовищі лазера.
• Солітони можуть утворюватися в довгих контактах Джозефсона або в масивах точкових контактів Джозефсона. Вони мають фізичний зміст кванту магнітного потоку і називаються джозефсонівськими вихорами або флуксонами. Солітони в джозефсонівських контактах описуються рівнянням синус-Гордона.
• У магнетиках можуть утворюватися солітони різного типу, зокрема доменні стінки мають властивості солітонів.
• В оптичних хвилеводах, в яких присутня нелінійна залежність показника заломлення від електричного поля (завдяки так званому ефекту Керра) утворюються оптичні солітони.
• У бозе — ейнштейнівських конденсатах холодних атомних газів спостерігалися солітони, що мають фізичний зміст рухливих областей підвищеної густини атомів.
• Існує багато систем, в яких можуть існувати солітони або збудження, близькі до них за своїми властивостями. Імовірно, прикладом солітона є велетенський гексагон на Сатурні.
• У певному наближенні можна розглядати як солітони нервові імпульси.