سالیتون چیست؟

تحقیق بر روی پاسخهای سالیتونی و موجهای سالیتوری، اولین بار در قرن ۱۹ (سال ۱۹۶۰میلادی) توسط جان اسکات راسل (John Scott_Russell) هنگامیکه مسیر یک موج سالیتوری (solitary) را در یک کانال آب دنبال می کرد، صورت گرفت. برای تعریف سالیتون معنای واحدی را نمی توان در نظر گرفت (!) جوابهای غیر خطی معادله موج را سالیتون می گوییم و معادلات بسیاری وجود دارند که برای آنها پاسخ های سالیتونی را تعریف می کنیم. در یک تعریف ساده، به موجی که سه خاصیت زیر را داشته باشد سالیتون گفته می‌شود:

۱- شکل آن تغییر نکند.۲- در منطقه‌ای از فضا محدود باشد. ۳- بعد از برخورد با سالیتون‌های دیگر شکل خود را حفظ کند.

برخی از جوابهای معادله‌موجی که غیر خطی و پاشنده باشد می‌توانند خاصیتهای زیر را داشته باشند:

۱- با حرکت بسته موج شکل و سرعت آن تغییر نکند. ۲- بقای شکل و سرعت مجانبی حتی پس از برخورد چند بسته موج با هم برقرار باشد.

در فیزیک کلاسیک به جوابهایی که خاصیت۱  را داشته باشند موج انفرادی می‌گویند. اگر جواب علاوه بر خاصیت۱  خاصیت۲  را نیز دارا باشد آن را سالیتون می‌نامند. موجهای سالیتونی رفتاری شبیه به ذرات دارند، در تصویر زیر برخورد دو موج سالیتونی با انرژی متفاوت را مشاهده می کنید. موجها در لحظه ای کاملا در هم فرو رفته،یکی شده اند، سپس به حالت اولیه خود به حرکت ادامه می دهند منتهی با یک تفاوت آنهم اختلاف فاز!!
 

موجهای سالیتونی کاملا پایدارند و در صورت اختلال دوباره به حالت اولیه خود ادامه حرکت می دهند. سالیتونها در حد اسپینی نیز جواب می دهند که پیچیده است. به طور کلی موجهای سالیتونی موجهایی هستند که بدون تغییر در مسیر خود حرکت می کنند (تصور کنید خط راستی داریم با یک بر امدگی، این برآمدگی بدون هیچ تغییری در امتداد مسیرش حرکت می کند)، در طبیعت نیز گاهی می توان چنین موجهایی را مشاهده کرد، حتی DNA نیز یک موج سالیتوریست! تصویر ابتدای این پست مربوط به یکی از شبیه سازیهای موجهای سالیتونی است .