I solitoni sono onde che memorizzano le informazioni. Soliton fondamentale e il suo uso incredibili proprietà e segni di solitoni

Dopo la ricerca trentennale, sono state trovate equazioni differenziali non lineari con soluzioni soluzioni tridimensionali. La chiave era l'idea della "complessazione" del tempo, che può trovare ulteriori applicazioni in fisica teorica.

Quando si studia qualsiasi sistema fisico, la fase del "accumulo iniziale" dei dati sperimentali e la loro comprensione è inizialmente. Il relè viene quindi trasmesso alla fisica teorica. Il compito del teorico fisico è quello di derivare e risolvere equazioni matematiche in base ai dati accumulati per questo sistema. E se il primo passo, di regola, non rappresenta un problema speciale, quindi il secondo - accurato La soluzione delle equazioni ottenute è spesso un compito incomparabilmente più difficile.

È così risulta che è descritta l'evoluzione nel tempo di molti sistemi fisici interessanti equazioni differenziali non lineari: Tali equazioni per le quali il principio di sovrapposizione non funziona. Ciò priva immediatamente la teorica dell'opportunità di utilizzare molte tecniche standard (ad esempio, combinare soluzioni, ricordarle di fila), e di conseguenza, per ciascuna equazione di questo tipo, deve inventare un metodo della soluzione completamente nuovo. Ma in quei rari casi, quando una tale equazione integrabile e il metodo di risoluzione si trova, non solo l'attività iniziale è risolta, ma anche un certo numero di problemi matematici correlati. Questo è il motivo per cui i fisici a volte sono entrati dalla "logica naturale" della scienza, in primo luogo cerca equazioni tali equazioni, e poi stanno anche cercando di trovarli usare in diverse aree di teorfismi.

Una delle proprietà più notevoli di tali equazioni è soluzioni nella forma soliton. - Limitato nello spazio "pezzi del campo", che si muovono nel tempo e di fronte all'altro senza distorsione. Essere limitati nello spazio e nel "grappolo" indivisibile, i soliti possono dare un modello matematico semplice e conveniente di molti oggetti fisici. (Per ulteriori informazioni sui solitoni, consultare l'articolo popolare N. A. A. Kudryashov onde non lineari e solitoni // Refrigerante, 1997, n. 2, p. 85-91 e un libro di A. T. Filippova Multician Soliton.)

Sfortunatamente, diverso specie I solitoni sono conosciuti molto poco (vedi la Galleria dei ritratto dei solitoni), e tutti loro non sono molto adatti per descrivere oggetti in tridimensionale spazio.

Ad esempio, i soliti ordinari (che si trovano nell'equazione KORTOWEG-de FRANE) sono localizzati solo in una dimensione. Se un tale soliton è "corretto" nel mondo tridimensionale, allora avrà una vista della membrana piatta senza fine che vola in avanti. In natura, tuttavia, tali membrane infinite non sono osservate, e pertanto, l'equazione iniziale non è adatta per descrivere oggetti tridimensionali.

Non molto tempo fa, sono state trovate soluzioni simili a solioni (ad esempio, drommi) di equazioni più complesse localizzate in due dimensioni. Ma sono in forma tridimensionale sono cilindri infinitamente lunghi, cioè, non molto fisico. Vero tridimensionale I solitoni non sono ancora riusciti a trovare per la semplice ragione che c'erano equazioni sconosciute che potrebbero produrli.

L'altro giorno la situazione è cambiata radicalmente. Cambridge Mathematics A. Focas, l'autore della recente pubblicazione A. S. FOCAS, lettere di revisione fisica 96, 190201 (19 maggio 2006), è riuscita a fare un significativo passo avanti in questo campo della fisica matematica. Il suo breve articolo di tre pagine contiene due scoperte contemporaneamente. In primo luogo, ha trovato un nuovo modo di visualizzare equazioni integrabili per multidimensionale Spazi, e in secondo luogo, ha dimostrato che queste equazioni hanno soluzioni di soliton multidimensionale.

Entrambi questi risultati sono diventati possibili grazie al grassetto passo condotto dall'autore. Ha preso le ben note equazioni già integrabili nello spazio bidimensionale e cercò di considerare il tempo e le coordinate come complesso, non numeri reali. Questo ha ottenuto automaticamente una nuova equazione per spazio tridimensionale e tempo bidimensionale. Il prossimo passo, ha imposto condizioni non circiali per la dipendenza delle soluzioni delle coordinate e dei "tempi", e le equazioni cominciarono a descrivere tridimensionale La situazione a seconda dell'unico momento.

È interessante notare che un'operazione così "blasfema", come transizione verso il tempo bidimensionale e l'assegnazione del nuovo tempo in esso diasse y, non ha fortemente versato le proprietà dell'equazione. Rimangono ancora integrabili, e l'autore è riuscito a dimostrare che tra le loro soluzioni ci sono anche solioni tridimensionali così discesi. Ora lo scienziato rimane per scrivere questi soliti sotto forma di formule esplicite ed esplorare le loro proprietà.

L'autore esprime la fiducia che i vantaggi del tempo sviluppati da loro non si limitano alle equazioni che ha già analizzato. Elenca un certo numero di situazioni nella fisica matematica in cui il suo approccio può fornire nuovi risultati e richiede ai colleghi cercare di applicarlo in un'ampia varietà di aree della moderna fisica teorica.

Uno dei fenomeni ondulati più incredibili e bellissimi è la formazione di onde solitarie o solitici che si propagano sotto forma di impulsi di forma invariata e per molti aspetti particelle simili. I fenomeni Soliton includono, ad esempio, ondate di tsunami, impulsi nervosi, ecc.
Nella nuova edizione (1 ED. - 1985) Il materiale del libro è significativamente rielaborato, tenendo conto degli ultimi risultati.
Per gli scolari di lezioni anziane, studenti, insegnanti.

Prefazione alla prima edizione 5
Prefazione alla seconda edizione 6
Introduzione 7.

Parte I. Storia del Soliton 16
Capitolo 1. 150 anni fa 17
Inizio della teoria delle onde (22). I fratelli Weber stanno studiando onde (24). Sui benefici della teoria delle onde (25). Sui principali eventi dell'era (28). Scienza e società (34).
Capitolo 2. Grande onda isolata John Scott Russell 37
Prima dell'incontro fatale (38). Incontro con un'onda isolata (40). Che non può essere! (42). Tuttavia, esiste! (44). Riabilitazione di un'onda isolata (46). Isolamento di un'onda isolata (49). Onda o particella? (cinquanta).
Capitolo 3. Sololon Solitude 54
Helmgolts Herman e impulso nervoso (55). Ulteriore destino dell'impulso nervoso (58). Herman Helmgolts e Vorki (60). "Atomi Vortex" Kelvin (68). Lord Ross e Vorki nello spazio (69). Su linearità e non linearità (71).

Seconda parte. Oscillazioni non lineari e onde 76 Capitolo 4. Ritratto di un pendolo 77
L'equazione del pendolo (77). Oscillazioni a pendolo piccole (79). Pendolo Galileo (80). Sulla somiglianza delle dimensioni (82). Risparmiare energia (86). Lingua dei diagrammi di fase (90). Ritratto di fase (97). Ritratto di fase di un pendolo (99). Soluzione "Soliton" dell'equazione del pendolo (103). Movimento del pendolo e "Manuale" Soliton (104). Commenti finali (107).
Onde in una catena di particelle rilegate (114). Ritirarsi nella storia. Famiglia e onde di Bernoulli (123). Le onde e le dispute di D'Asimer intorno a loro (125). Su discreti e continui (129). Come misurare la velocità del suono (132). Dispersione di onde nella catena di atomi (136). Come "sentire" la decomposizione di Fourier? (138). Alcune parole sulla dispersione della luce (140). Dispersione di onde sull'acqua (142). Che velocità è la flip delle onde (146). Quanta energia nell'onda (150).

Parte III. Salto presente e futuro Yatoonov 155
Cos'è la fisica teorica (155). Idee Ya. I. Frenkel (158). Modello atomico di spostamento della dislocazione su un phencel e off-line (160). Interazione di dislocazione (164). "Live" Soliton Atom (167). Dialogo del lettore con l'autore (168). Dislocazione e pendoli (173). Quali onde sonore trasformate in (178). Come vedere le dislocazioni? (182). Solitons desktop (185). Altri stretti parenti di dislocazioni nella linea matematica (186). Solitons magnetici (191).
Può una persona "essere amici" con un computer (198). Caos multidian (202). EUM sorprende Enrico Fermi (209) Ritorno di Russell Solitude (215). Solitons oceanici: Tsunami, "nono albero" (227). Tre soliti (232). Solitone Telegraph (236). Impulso nervoso - "particella elementare" dei pensieri (241). Vorti onnipresenti (246). Effetto Josephson (255). Solitons in lunghe transizioni Josephson (260). Particelle elementari e solitoni (263). Teorie e stringhe unificate (267).
Capitolo 6. Frenkel Solitons 155
Capitolo 7. Seconda nascita di soliton 195
Applicazioni
Breve segnale registrato

Molte persone probabilmente hanno trovato la parola "co-liton", consonante con parole così come elettrone o protone. L'idea scientifica che si nascondesse dietro questa parola facilmente memorabile, la sua storia e i suoi creatori ed è dedicata a questo libro.
È progettato per la più ampia gamma di lettori che hanno imparato il corso scolastico di fisica e matematica e interessati alla scienza, alla sua storia e applicazioni. È detto in questo i solitoni non tutti. Ma la maggior parte di ciò che è rimasto dopo tutte le restrizioni, ho cercato di affermare in dettaglio sufficiente. Allo stesso tempo, alcune cose famose (ad esempio, su oscillazioni e onde) dovevano essere presentate in qualche modo diversamente rispetto a quelle che si sono fatte in altre scienze popolari e libri scientifici popolari e articoli che, ovviamente, è stato ampiamente utilizzato. Elenca i loro autori e menziona tutti gli scienziati, conversazioni con cui hanno influenzato il contenuto di questo libro, è assolutamente impossibile, e mi scuso con loro insieme a un profondo Bluer entro l'anno.
Vorrei particolarmente ringraziare S. P. Novikova per critiche costruttive e supporto, L. G. Aslassazova e Ya. A. Smodinsky per preziosi consigli, così come Yu. S. Galpern e S. R. Filonovich, che leggono attentamente il manoscritto e ha incontrato molti commenti che contribuiscono al suo miglioramento.
Questo libro è stato scritto nel 1984 e nella preparazione di una nuova edizione all'autore, ovviamente, volevo raccontare le nuove idee interessanti che sono nate di recente. Le aggiunte principali si riferiscono ai soliti ottici e josephson, l'osservazione e l'applicazione dei quali sono stati dedicati di recente a un lavoro molto interessante. La sezione è in qualche modo ampliata sul caos, e sul consiglio della fine di Yakov, Borisovich Zeldovich in più dettagli sulle onde d'urto e sulla detonazione. Alla fine del libro, un saggio sulle moderne teorie uniforme delle particelle e le loro interazioni sono anche fatte tentando di dare un'idea di stringhe relativistiche - un oggetto fisico nuovo e piuttosto misterioso, con lo studio delle speranze per la creazione di una singola teoria di tutte le interazioni noto a noi. Aggiunta una piccola applicazione matematica, così come un breve puntatore del nome.
Molti cambiamenti più piccoli sono stati fatti anche al libro - qualcosa è stato gettato e qualcosa aggiunto. Non vale la pena descriverlo in dettaglio. L'autore ha cercato di espandere tutto ciò che si applica ai computer, ma questa idea ha dovuto andarsene, l'industria sarebbe meglio dedicare un libro separato. Spero che un lettore intraprendente armato di un computer sarà in grado di inventare questo libro sul materiale e implementare i propri esperimenti informatici.
In conclusione, sono lieto di esprimere la mia gratitudine a tutti i lettori della prima edizione, che ha comunicato i loro commenti e suggerimenti per il contenuto e la forma del libro. Ho provato a considerarli con moderazione.
In nessun luogo, l'unità della natura e la versatilità delle sue leggi non si manifestano così luminose come nei fenomeni oscillanti e dell'onda. Ogni scolaro risponderà facilmente alla domanda: "Ciò che è comune tra gli altaleni, un orologio, il cuore, la chiamata elettrica, un lampadario, una TV, un sassofono e il liner dell'oceano?" - E continuerà facilmente questo elenco. Generale, ovviamente, il fatto che tutti questi sistemi ci siano o possono essere entusiasti delle oscillazioni.
Alcuni di loro vediamo l'occhio nudo, altri osservano con l'aiuto dei dispositivi. Alcune oscillazioni sono molto semplici, come, ad esempio, le fluttuazioni nello swing, altre sono molto più difficili, è sufficiente guardare l'elettrocardiogramma o l'encefalogramma, ma distinguiamo sempre facilmente il processo oscillatorio in caratteristica ripetibilità, periodicità.
Sappiamo che l'oscillazione è un movimento periodico o un cambiamento di stato, e non importa che muove o cambia lo stato. La scienza delle fluttuazioni studia quella generale che è nelle oscillazioni della natura più diversa.
Allo stesso modo, possiamo anche confrontare le onde di natura completamente diversa - increspature sulla superficie delle pozzanghere, le onde radio, l'onda "verde" del semaforo sulla pista automobilistica - e molti, molti altri. La scienza delle onde studia le onde da solo, distratta dalla loro natura fisica. L'onda è considerata come il processo di trasferimento di eccitazione (in particolare, il movimento oscillatorio) da un punto del mezzo all'altro. Allo stesso tempo, la natura del mezzo e la natura specifica delle sue eccitazioni è insignificante. Pertanto, è naturale che le onde oscillatorie e le onde sonore tra loro studiano oggi una singola scienza - teoria
oscillazioni e onde. La natura generale di questi legami è ben nota. L'orologio "Tick", gli anelli di chiamata, l'oscillazione oscillante e scricchiolare, irradiando le onde sonore; Nei vasi sanguigni, l'onda è distribuita, che osserviamo, misurando il polso; Le oscillazioni elettromagnetiche eccitate nel circuito oscillatorio sono migliorate e trasportate in uno spazio sotto forma di onde radio; Le "oscillazioni" degli elettroni negli atomi danno alla luce la luce e così via.
Quando la semplice ondata periodica di una piccola ampiezza delle particelle medie esegue movimenti periodici. Con un leggero aumento dell'ampiezza dell'onda dell'ampiezza di questi movimenti, aumenta anche in proporzione. Se, tuttavia, l'ampiezza dell'onda diventa abbastanza grande, potrebbero verificarsi nuovi fenomeni. Ad esempio, le onde sull'acqua ad altitudini elevate diventano ripide, sono formate da rampe, e alla fine si rovesciano. Allo stesso tempo, la natura del movimento delle particelle dell'onda è completamente cambiata. Le particelle d'acqua nella cresta delle onde iniziano a muoversi perfettamente a caso, cioè regolarmente, il movimento oscillatorio va in irregolare, caotico. Questo è il grado più estremo della non linearità delle onde sull'acqua. Manifestazione più debole della non linearità - la dipendenza della forma d'onda dalla sua ampiezza.
Per spiegare quale non linearità è, devi prima spiegare quale linearità è. Se le onde hanno un'altezza molto piccola (ampiezza), quindi con un aumento della loro ampiezza, diciamo, due volte rimangono esattamente la stessa, la loro forma e la velocità della distribuzione non cambiano. Se una tale onda esplode dall'altra, è possibile descrivere il conseguente movimento più complesso, semplicemente piegando l'altezza di entrambe le onde in ogni punto. A questa semplice proprietà di onde lineari, una nota spiegazione del fenomeno delle onde di interferenza è basata.
Le onde con un'ampiezza sufficientemente piccola sono sempre lineari. Tuttavia, con un aumento dell'ampiezza, la loro forma e la loro velocità cominciano a dipendere dall'ampiezza, e non possono più essere aggiunte, le onde diventano non lineari. Con una grande ampiezza, la non linearità genera nuvole e porta a tagliare le onde.
La forma d'onda può essere distorta non solo a causa della non linearità. È noto che le onde di diverse lunghezze diffuse, in generale, a velocità diverse. Questo fenomeno è chiamato dispersione. Guardando le onde, andarsene con cerchi dalla pietra gettata nell'acqua, è facile vedere che le lunghe onde sull'acqua corrono più velocemente di breve. Se una piccola elevazione è stata formata sulla superficie dell'acqua in una scanalatura lunga e stretta (è facile farlo con le divisori, che possono essere rapidamente rimosse), quindi è, a causa della dispersione, rapidamente suddivisa in onde separate di Diverse lunghezze, scomparirà e scomparirà.
È meraviglioso che alcuni di questi acqua Holmikov non scompaiono, ma vivono abbastanza a lungo, mantenendo la loro forma. Per vedere la nascita di così insolite onde "appartate", non solo, ma tuttavia 150 anni fa sono state scoperte e studiate in esperimenti, l'idea di cui è stata appena descritta. La natura di questo incredibile fenomeno è rimasto misterioso da tempo. Sembrava che contraddice le leggi dell'istruzione e della propagazione delle onde da parte della scienza. Solo dopo molti decenni dopo la pubblicazione di rapporti sugli esperimenti con le onde isolate, il loro mistero è stato parzialmente risolto. Si è scoperto che possono formare quando "equilibrato" gli effetti della non linearità, rendendo un raffreddore Hollyk e cercano di rovesciarlo e gli effetti delle dispersioni che rendono più delicato e cercando di sfocarci. Tra la non linearità della syrollast e la dispersione di charibda e le onde isolate sono nate, recentemente chiamate solioni.
Già nel nostro tempo, sono state aperte le proprietà più sorprendenti dei solitoni, grazie a cui sono diventati oggetto di affascinanti ricerche scientifiche. Saranno descritti in dettaglio in questo libro. Una delle meravigliose proprietà di un'onda isolata è che sembra una particella. Due onde isolate possono affrontare e versare come un palloncino da biliardo, e in alcuni casi è possibile immaginare un soliton semplicemente come una particella il cui movimento è soggetto alle leggi di Newton. Il più meraviglioso nel solital è il suo multipoint. Negli ultimi 50 anni, molte onde solitarie furono scoperte e studiate, simili ai solitoni sulla superficie delle onde, ma esistenti completamente in altre condizioni.
La loro natura comune si è rivelata relativamente recentemente, negli ultimi 20-25 anni.
Ora studiano soliti in cristalli, materiali magnetici, superconduttori, in organismi viventi, nell'atmosfera terrestre e altri pianeti, in galassie. Apparentemente, i soliti hanno svolto un ruolo importante nel processo di evoluzione dell'universo. Molti fisici sono ora appassionati sull'idea che le particelle elementari (ad esempio, un protone) possano essere considerate anche come solitoni. Le teorie moderne delle particelle elementari prevedono vari fino a soli solipitoni osservati, come solitoni, carica magnetica portante!
Inizia già l'uso di soliti per la memorizzazione e la trasmissione di informazioni. Lo sviluppo di queste idee in futuro può portare a modifiche rivoluzionarie, ad esempio nella tecnica di comunicazione. In generale, se non hai ancora sentito parlare dei soliti, allora molto presto ascolta. Questo libro è uno dei primi tentativi di raccontare i soliti. Certo, per raccontare tutti i soliti solitoni non possono essere impossibili, non stare in piedi e provare. Sì, questo non è necessario.
In effetti, per capire quali fluttuazioni sono, non è affatto di incontrare tutta la varietà di fenomeni oscillatori trovati in natura e. Tecnica. Basta capire le idee di base della scienza sulle oscillazioni sugli esempi più semplici. Ad esempio, tutte le piccole oscillazioni sono simili l'una all'altra, ed è sufficiente per noi capire come i pesi della primavera o del pendolo nell'orologio da parete esitano. La semplicità delle piccole oscillazioni è associata alla loro linearità - la forza che restituisce la nave o il pendolo nella posizione di equilibrio è proporzionale alla deviazione da questa posizione. Un'importante conseguenza della linearità è l'indipendenza della frequenza delle oscillazioni dalla loro ampiezza (ambito).
Se la condizione di linearità è rotta, le oscillazioni sono molto più diverse. Tuttavia, è possibile distinguere alcuni tipi di oscillazioni non lineari, avendo studiato che, è possibile comprendere il lavoro di una varietà di sistemi - ore, cuori, sassofono, generatore di oscillazione elettromagnetica ...
L'esempio più importante delle oscillazioni non lineari ci dà il movimento dello stesso pendolo, se non limitato a piccole ampiezze e organizza un pendolo in modo che non possa solo oscillare, ma anche di ruotare. È meraviglioso che, avendo capito bene con il pendolo, puoi capire il dispositivo del Soliton! È in questo modo che siamo con te, lettore e cerca di capire cosa sia Soliton.
Sebbene questa sia la strada più semplice del paese in cui vivono i soliti, molte difficoltà si trovano su di esso, e quella che vuole capire veramente il soliton deve essere paziente. In primo luogo, è necessario studiare le oscillazioni lineari del pendolo, quindi comprendere la connessione tra queste oscillazioni e onde lineari, soprattutto comprendere la natura della dispersione delle onde lineari. Questo non è così difficile. La relazione tra oscillazioni non lineari e onde non lineari è molto più complicata e più sottile. Ma cercheremo ancora di descriverlo senza una matematica complicata. È completamente completo che riusciamo a immaginare solo un tipo di solitoni, con il resto che devi capire per analogia.
Lascia che il lettore percepisca questo libro come un viaggio in bordi sconosciuti, in cui si farà conoscere in dettaglio con uno in qualche modo, e per il resto dei luoghi a passeggiare, guardando tutto nuovo e cercando di associarlo a ciò che è già stato inteso. Con una città, è ancora necessario conoscere abbastanza bene, altrimenti c'è il rischio di perdere il più interessante a causa dell'ignoranza della lingua, della morale e della dogana dei bordi stranieri.
Quindi, sulla strada, lettore! Lascia che questo "raccolto i capitoli motley" sarà una guida per un ancora più eterogne e un singolo paese in cui vivono esitazioni, onde e soliti. Per facilitare l'uso di questa guida, devi prima dire alcune parole che contiene ciò che non è in esso.
Andando a un paese sconosciuto, naturalmente prima di familiarizzare con la sua geografia e la sua storia. Nel nostro caso, è quasi la stessa cosa, dal momento che lo studio di questo paese è essenzialmente iniziato, e anche i suoi confini esatti sono sconosciuti.
Nella prima parte del libro, la storia di un'onda isolata viene presentata insieme alle idee principali a riguardo. Poi sta parlando di cose, a prima vista, a differenza dell'onda solitaria sulla superficie dell'acqua - sui vortici e sull'impulso nervoso. Anche il loro studio è iniziato nel secolo scorso, ma la relazione con i solitoni è stata fondata recentemente.
Il lettore sarà in grado di capire veramente questa connessione se ha abbastanza pazienza per raggiungere l'ultimo capitolo. A scapito del risarcimento dello sforzo esaurito, sarà in grado di vedere una relazione interiore profonda così incompleta fenomeni come tsunami, incendi boschivi, anticicloni, macchie solari, indurimento di metalli con forgiatura, magnetizzazione del ferro, ecc.
Ma prima dovremo immergerci per un po 'in passato, nella prima metà del XIX secolo, quando c'erano idee che erano pienamente padroneggiate solo nel nostro tempo. In questo Twilight, saremo prima interessati alla storia degli insegnamenti su fluttuazioni, onde e come, su questo sfondo, c'erano, idee sviluppate e percepite che sono state successivamente la fondazione della scienza in soliton. Saremo interessati al destino delle idee, e non il destino dei loro creatori. Come ha detto Albert Einstein, la storia della fisica è drammatica, idee drammatiche. In questo dramma "... istruttivamente seguire il destino volatile delle teorie scientifiche. Sono più interessanti del destino mutevole delle persone, per ognuno di loro include qualcosa di immortale, almeno una particella di verità eterna "*).
*) Queste parole appartengono alla fisica polacca Mariana Smillukhovsky, uno dei creatori della teoria del movimento browniano. Per lo sviluppo di alcune idee fisiche di base (come un'onda, particella, campo, relatività), il lettore può tracciare il notevole libro popolare di A. Einstein e T. Infelda "Evolution of Physics" (m.: GTTI, 1956) .
Tuttavia, sarebbe sbagliato non menzionare i creatori di queste idee, e in questo libro ha pagato molta attenzione alle persone che hanno espresso per la prima volta alcuni pensieri preziosi, indipendentemente dal fatto che siano diventati scienziati famosi o meno. L'autore ha davvero cercato di estrarre i nomi di persone che non sono sufficientemente valutate dai suoi contemporanei e discendenti, oltre a ricordare alcune delle opere poco conosciute di scienziati sufficientemente famosi. (Qui, ad esempio, viene raccontato sulla vita di diversi scienziati, pochi lettori noti e coloro che hanno espresso idee, in un modo o nell'altro con la relazione con il So-Liton; sono forniti solo brevi dati.)
Questo libro non è un tutorial, più non è un libro di testo sulla storia della scienza. Forse non tutte le informazioni storiche riportate in esso sono prefabbricatamente accuratamente e obiettivamente. La storia della teoria delle oscillazioni e delle onde, in particolare non lineare, non è studiata. La storia dei solitoni non è scritta affatto. Forse pezzi di mosaico di questa storia, raccolti dall'autore in luoghi diversi, useranno qualcuno per uno studio più serio. Nella seconda parte del libro, ci concentreremo principalmente sulla fisica e della matematica delle oscillazioni non lineari e delle onde nella forma e del volume in cui è necessario per una conoscenza sufficientemente profonda con Soliton.
Nella seconda parte, una matematica relativamente grande. Si presume che il lettore capisca abbastanza bene quale sia il derivato e come la velocità e l'accelerazione sono espresse utilizzando il derivato. È anche necessario ricordare alcune trigonometria delle formule.
È impossibile fare senza matematica senza matematica, ma in effetti avremo bisogno di un po 'più di ciò che Newton possedeva. Duecento anni fa, il filosofo francese, l'insegnante e uno dei riformatori di insegnamento della scuola Jean Antoine Aroine Aroreras ha detto: "Attualmente un giovane all'estremità della scuola conosce dalla matematica inoltre che Newton ha acquisito da uno studio profondo o ha aperto il suo genio; Sa come possedere gli strumenti del calcolo con facilità, quindi inaccessibile. " Aggiungeremo al fatto che condorsi assegnati ai famosi scolari, un po 'dei risultati di Eulero, famiglia Bernoulli, D'Baler, Lagrange e Cauchy. Per capire le moderne idee fisiche sul soliton, questo è abbastanza. A proposito della moderna teoria matematica dei solitoni non è stato detto - è molto complesso.
Ti ricorderemo ancora in questo libro su tutto ciò di cui hai bisogno dalla matematica, e, inoltre, il lettore che non vuole o avere una volta per affrontare le formule può semplicemente picchiarli per vederli, guardando solo le idee fisiche. Le cose, più difficili o prendendo un lettore lontano dalla strada principale, sono isolate da piccoli font.
La seconda parte in una certa misura dà un'idea dell'insegnamento sulle fluttuazioni e sulle onde, ma non ci sono idee importanti e interessanti su molte idee importanti e interessanti. Al contrario, ciò che è necessario per studiare i solitoni è descritto in dettaglio. Il lettore che vuole familiarizzare con la teoria complessiva delle fluttuazioni e delle onde dovrebbe esaminare in altri libri. I soliti sono collegati con tale diverso
Le scienze che l'autore aveva in molti casi a raccomandare altri libri per conoscenti più dettagliati con alcuni fenomeni e idee che sono troppo brevi. In particolare, è necessario esaminare altre questioni di Biberari Qant, che sono spesso quotate.
Nella terza parte in dettaglio e descritto costantemente circa un tipo di solitoni, che è entrato nella scienza 50 anni fa, indipendentemente dall'onda isolata sulla madre ed è associata a dislocazioni nei cristalli. Nell'ultimo capitolo, è stato dimostrato come alla fine il destino di tutti i soliti ha attraversato e nasce un'idea generale di solitoni e oggetti simili ai solioni. Un ruolo speciale nella nascita di queste idee comuni è stata giocata da AVM. I calcoli sul computer che hanno portato alla seconda nascita del Soliton sono stati il \u200b\u200bprimo esempio di un esperimento numerico quando il computer è stato utilizzato non solo per il calcolo, ma per rilevare una nuova scienza sconosciuta dei fenomeni. Esperimenti numerici sul computer, indubbiamente, un grande futuro, e sono abbastanza disciplinari per loro.
Dopodiché, rivolgiamo alla storia di alcune idee moderne sul solitone. Qui la presentazione sta gradualmente diventando sempre più breve, e negli ultimi paragrafi ch. 7 Dare solo un'idea generale di quali direzioni si sta sviluppando la scienza del Soliton. Il compito di questa breve escursione è dare un concetto sulla scienza di oggi e sembrare un po 'nel futuro.
Se il lettore è in grado di catturare nella logica interiore e nell'unità rappresentata da lui, l'obiettivo principale che l'autore ha messo davanti a lui sarà raggiunto. Il compito specifico di questo libro è di raccontare il Soliton e la sua storia. Il destino di questa idea scientifica sembra insolito in molti modi, ma con una riflessione più profonda, risulta che molte idee scientifiche che oggi costituiscono la nostra ricchezza comune, sono nati, sviluppati e percepiti senza difficoltà minerarie.
Da qui c'è stato un compito più ampio di questo libro - sull'esempio di un Soliton, cerca di mostrare come la scienza è organizzata in generale, poiché finisce dopo molti fraintendimenti, delusioni e errori che arrivano alla verità. L'obiettivo principale della scienza è produrre una conoscenza vera e completa del mondo, e può beneficiare delle persone solo nella misura in cui si avvicina a questo obiettivo. Il più difficile qui è completo. Alla fine installiamo la verità della teoria scientifica con l'aiuto degli esperimenti. Tuttavia, nessuno può dirci come inventare una nuova idea scientifica, un nuovo concetto, con l'aiuto della quale nella sfera della conoscenza scientifica snella include interi mondi di fenomeni, prima diviso, e anche quelli che hanno elulato dal nostro Attenzione. Puoi immaginare il mondo senza soliti, ma questo sarà già un altro mondo più povero. L'idea di Soliton, come altre grandi idee scientifiche, è preziosa non solo dal fatto che beneficia. Lei arricchisce ulteriormente la nostra percezione del mondo, rivelando la sua bellezza interiore, fuggire da un look superficiale.
L'autore ha particolarmente voluto aprire il lettore questo lato del lavoro di uno scienziato che la riguarda al lavoro del poeta o del compositore, aprendoci la figliolità e la bellezza del mondo nelle sfere, più accessibili ai nostri sentimenti. Il lavoro dello scienziato richiede non solo conoscenza, ma anche immaginazione, osservazione, coraggio e dedizione. Forse questo libro aiuterà qualcuno a decidere di andare dopo i cavalieri disinteressati della scienza, sulle idee di cui in esso è stato detto, o almeno pensare e cercare di capire che ha costretto il loro pensiero di lavorare instancabilmente, mai soddisfatto del raggiunto. L'autore vorrebbe sperare per questo, ma sfortunatamente, "non ci è dato per prevedere, come la parola della nostra volontà risponde ..." cosa è successo dall'intenzione dell'autore - giudicare il lettore.

Storia di Soliildon.

La scienza! Sei un figlio di grigio tempo!
Cambiare tutti gli occhi di trasparente.
Perché stai disturbando il poeta dormire ...
Edgar Po.

La prima riunione ufficialmente registrata di una persona con Soliton si è verificata 150 anni fa, nell'agosto del 1834, vicino a Edimburgo. Questo incontro era, a prima vista, a caso. La persona non si stava preparando per lei specificamente, ed erano qualità speciali che poteva vedere un insolito nel fenomeno, con i quali gli altri affrontarono, ma non ho notato nulla di sorprendente. John Scott Russell (1808 - 1882) è stato consegnato per precisamente tali qualità. Non ci ha lasciato solo uno scientificamente accurato e luminoso, non privato della descrizione della poesia del suo incontro con Soliton *), ma anche dedicato per molti anni di vita uno studio di questo fenomeno immaginabile.
*) Chiamò la sua ondata di trasmissione (trasferimento) o una grande onda solitaria (grande onda solitaria). Dalla parola solitaria e in seguito ha prodotto il termine "solital".
Russell Contemporari non condivideva il suo entusiasmo, e l'onda isolata non è diventata popolare. Dal 1845 al 1965 Non sono stati pubblicati più di due dozzine di opere scientifiche direttamente correlate a Co-Liton. Durante questo periodo, i parenti stretti del solital sono stati scoperti e parzialmente studiati, ma l'universalità dei fenomeni solitoni non è stata compresa, e l'apertura di Russell quasi non ricordava.
Negli ultimi vent'anni, iniziò una nuova vita di Soliton, che era veramente gli ausori e onnipresenti. Migliaia di lavori scientifici sui solitoni in fisica, matematica, idromeccanica, astrofisica, meteorologia, oceanografia, biologia sono pubblicati annualmente. Le conferenze scientifiche sono raccolte, appositamente dedicate ai solitoni, i libri sono scritti su di loro, un numero crescente di scienziati è incluso nell'affascinante caccia ai solitoni. In breve, un'onda isolata uscì dalla privacy in una grande strada.
Come e perché questo incredibile svolta ha avuto luogo nel destino del Soliton, che non poteva prevedere anche innamorato di Soliton Russell, il lettore scopre se ha abbastanza pazienza per soddisfare questo libro alla fine. Nel frattempo, ci proveremo mentalmente spostato nel 1834 per immaginare l'atmosfera scientifica di quell'era. Questo ci aiuterà a capire meglio l'atteggiamento dei contemporanei Russell alle sue idee e all'ulteriore destino del Soliton. Il nostro tour del passato sarà, se necessario, molto fluente, faremo conoscere principalmente quegli eventi e idee che si sono rivelati direttamente o indirettamente associati a essere associati al solitone.

Capitolo 1
150 anni fa

Secolo diciannovesimo, ferro,
Vonstiyu Crudele Pypelids ...
A. BLOK.

Il secolo del povero è il nostro - quanti attacchi su di lui, che mostro lo considera! E tutto per le ferrovie, per i vaporetti - queste grandi vittorie per lui, non più su materiali, ma sopra lo spazio e il tempo.
V. G. Belinsky.

Quindi, la prima metà del secolo scorso, il tempo non è solo guerre napoleoni, turni e rivoluzioni sociali, ma anche scoperte scientifiche la cui importanza ha rivelato gradualmente, dopo decenni. Poi poche persone conoscevano queste scoperte, e solo le unità potrebbero prevedere il loro grande ruolo nel futuro dell'umanità. Ora sappiamo del destino di queste scoperte e non sarà in grado di apprezzare pienamente le difficoltà della loro percezione con i contemporanei. Ma proviamo a sforzare l'immaginazione e la memoria e cercare di sfondare gli strati del tempo.
1834 ... non c'è telefono, radio, televisione, auto, aeroplani, razzi, satelliti, computer, energia nucleare e molte altre cose. Cinque anni fa, la prima ferrovia è stata costruita, e ha appena iniziato a costruire i piroscafi. Il tipo principale di energia utilizzato dalle persone è l'energia del vapore riscaldato.
Tuttavia, le idee stanno già crescendo, che alla fine porterà alla creazione di meraviglie tecniche del XX secolo. Tutto ciò andrà quasi cento anni. Nel frattempo, la scienza è ancora concentrata nelle università. Non è ancora stato il tempo per una speciale specializzazione, e la fisica non è ancora rimasta in scienze separate. Le università lettino i corsi "Naturfylosophyofe" (cioè scienze naturali), la prima istituzione fisica sarà creata solo nel 1850. A quel tempo lontano, le scoperte fondamentali della fisica possono essere rese completamente semplici, è sufficiente avere un'immaginazione brillante , osservazione e mani dorate.
Una delle scoperte più incredibili del secolo scorso è stata fatta con l'aiuto di un filo, attraverso il quale è stata approvata una corrente elettrica e una semplice bussola. È impossibile dire che questa scoperta era completamente casuale. Senior contemporaneo Russell - Hans Christian Ersted (1777 - 1851) è stato letteralmente ossessionato dall'idea della connessione tra diversi fenomeni della natura, anche tra calore, suono, elettricità, magnetismo *). Nel 1820, durante una lezione dedicata alla ricerca dei collegamenti del magnetismo con "Galvanism" ed elettricità, aRetted ha notato che quando la corrente viene passata attraverso il filo, la freccia è deviata dalla freccia parallela. Questa osservazione ha causato un grande interesse per la società istruita, e nella scienza ha dato origine alla valanga di scoperte, iniziata da Andre Marie Ampera (1775 - 1836).
*) Una stretta connessione tra fenomeni elettrici e magnetici è stato notato per la prima volta alla fine del XVIII secolo. Accademico Petersburg Franz Epinus.
Nella famosa serie di lavoro 1820 - 1825. L'ampere posò le fondamenta della teoria unificata dell'elettricità e del magnetismo e la definiva elettrodinamica. Poi sono state seguite le grandi aperture del Genius Auto-insegnato Michael Faraday (1791 - 1867) sono state seguite da lui principalmente negli anni '30 - 40s - dall'osservando l'induzione elettromagnetica nel 1831 alle formazioni del 1852 i concetti del campo elettromagnetico. Anche la sua impressionata immaginazione dei contemporanei faradays ha anche messo, usando i mezzi più semplici.
Nel 1853, Helmgolts Herman, che sarà discusso in seguito, scriverà: "Sono riuscito a conoscere Faraday, davvero il primo fisico dell'Inghilterra ed Europa ... è semplice, gentile e senza precedenti da bambino; Non ho ancora incontrato una persona come una persona che ha una persona che ha una persona ... Era sempre avvertito, mi ha mostrato tutto ciò che valeva la pena vedere. Ma dovevo guardarmi un po ', dal momento che i vecchi pezzi di legno, filo e ferro servono per le sue grandi scoperte.
A questo punto, l'elettrone è ancora sconosciuto. Sebbene i sospetti sull'esistenza di una carica elettrica elementare appariscano a Faraday già nel 1834 a causa della scoperta delle leggi sull'elettrolisi, il fatto scientificamente stabilito era la sua esistenza solo alla fine del secolo, e il termine "elettrone" è stato introdotto solo nel 1891.
La teoria matematica completa dell'elettromagnetismo non è stata ancora creata. Il suo creatore James Clark Maxwell nel 1834 aveva solo tre anni, e crescerà nella stessa città di Edimburgo, dove impara le lezioni sulla filosofia naturale eroe della nostra storia. In questo momento, la fisica che non è stata ancora divisa in teorico e sperimentale, inizia solo a essere matematica. Quindi, i faradaggi nel loro lavoro non hanno applicato anche algebra elementare. Sebbene Maxwell avrà più tardi che aderisce a "non solo idee, ma anche i metodi matematici di Faraday", questa affermazione può essere intesa solo nel senso che le idee di Faraday Maxwell sono riuscite a tradurre nel linguaggio della matematica moderna. In "Trattato sull'elettricità e il magnetismo" ha scritto:
"Forse per la scienza c'era una circostanza felice che Faraday non fosse in realtà matematico, anche se era perfettamente familiare con i concetti di spazio, tempo e forza. Pertanto, non aveva una tentazione di approfondire gli studi interessanti, ma puramente matematici che avrebbero richiesto la sua scoperta se fossero presentate in forma matematica ... così, ha avuto l'opportunità di fare la sua strada e coordinare le sue idee con i fatti ricevuti , utilizzando un linguaggio naturale, non tecnico ... Avvio del laburista Faraday, ho scoperto che il suo metodo di comprensione dei fenomeni era anche matematico, anche se non presentato sotto forma di simboli matematici ordinari. Ho anche scoperto che questo metodo può essere espresso in forma matematica convenzionale e quindi confrontare con i metodi dei matematici professionisti. "
Se mi chiedi ... se il secolo attuale chiamerà l'età del ferro o un secolo di vapore ed elettricità, risponderò, senza pensare che la nostra età sarà chiamata un secolo di meccanico del mondo ...
Allo stesso tempo, la meccanica dei punti e dei sistemi solidi, nonché la meccanica dei movimenti dei fluidi (idrodinamica), erano già sostanzialmente matematicizzati, cioè, sono diventati in gran parte le scienze matematiche. I compiti dei meccanismi dei sistemi di punti sono stati completamente ridotti alla teoria delle equazioni differenziali ordinarie (Equazioni di Newton - 1687, equazioni di lagrange più comuni - 1788), e i compiti di idromeccanica - alla teoria delle cosiddette equazioni differenziali con Derivati \u200b\u200bprivati \u200b\u200b(Euler Equations - 1755, Equazioni di Navier - 1823). Questo non significa che tutti i compiti fossero stati risolti. Al contrario, in queste scienze furono successivamente realizzate scoperte profonde e importanti, il cui flusso non si asciuga nel nostro giorno. Basta meccanica e idromeccanica hanno raggiunto il livello di scadenza, quando i principi fisici di base del PC sono stati distintamente formulati e tradotti nel linguaggio di matematica.
Naturalmente, queste scienze profondamente sviluppate servivano come base per costruire le teorie di nuovi fenomeni fisici. Comprendere il fenomeno per lo scienziato del secolo scorso destinato a spiegare il suo linguaggio delle leggi della meccanica. Un campione di costruzioni coerenti di teoria scientifica è stata considerata meccanica celeste. I risultati del suo sviluppo sono stati riassunti da Pierre Simon Laplas (1749 - 1827) nel monumentale fietomia "Trattato sulla meccanica celeste", pubblicato nel primo trimestre di un secolo. Questo lavoro in cui i Gigants dei secoli XVIII sono stati raccolti e riassunti. - Bernoulli, Eulero, D'Asimer, Lagrange e Laplace stesso, ha avuto una profonda influenza sulla formazione di "mondo meccanico" nel XIX secolo.
Si notiamo che nello stesso 1834, lo Smear finale è stato aggiunto all'immagine snella della classica meccanica di Newton e Lagrange - il famoso matematico Irish Irish William Rouen Hamilton (1805 - 1865) ha dato ai meccanici alle cosiddette specie canoniche (secondo Al dizionario Si Ozhegova "Canonical" significa "adottato per un campione, fermamente stabilito, corrispondente al canone) e ha aperto un'analogia tra ottiche e meccanismi. Le equazioni canoniche di Hamilton erano destinate a svolgere un ruolo eccezionale alla fine del secolo quando si crea una meccanica statistica e un'analogia ottica-meccanica che ha stabilito la connessione tra la propagazione delle onde e il movimento delle particelle è stato utilizzato negli anni '20 del nostro secolo da i creatori della teoria quantistica. Le idee di Hamilton, che per prima cosa hanno analizzato profondamente il concetto di onde e particelle e la relazione tra di loro, ha svolto un ruolo significativo nella teoria dei solitoni.
Lo sviluppo di meccanici e idromeccanici, nonché la teoria delle deformazioni dei corpi elastici (la teoria dell'elasticità), è stata rivelata dalle esigenze di sviluppare attrezzature. J. K. Maxwell ha anche impegnato molta teoria elastica, teoria della resistenza al movimento con le applicazioni al funzionamento dei regolatori, della meccanica della costruzione. Inoltre, elaborando la sua teoria elettromagnetica, ha costantemente ricorso ai modelli visivi: "... Continuando a sperare con uno studio attento delle proprietà dei corpi elastici e dei liquidi viscosi per trovare un metodo del genere che consentirebbe una certa immagine meccanica per un Stato elettrico ... (sposato con il lavoro: William Thomson "sulla rappresentazione meccanica delle forze elettriche, magnetiche e galvaniche", 1847). "
Un altro famoso fisico scozzese William Thomson (1824 - 1907), successivamente ha ricevuto il titolo di Lord Kelvin per il merito scientifico, ha generalmente ritenuto che tutti i fenomeni della natura dovrebbero essere ridotti ai movimenti meccanici e spiegarli nel linguaggio delle leggi della meccanica. Le opinioni di Thomson hanno avuto una forte influenza su Maxwell, specialmente nei giovani anni. Sorprendentemente, Thomson, che conosceva attentamente e apprezzato Maxwell, uno dei quest'ultimo riconosce la sua teoria elettromagnetica. Questo è accaduto solo dopo le famose esperienze di Peter Nikolaevich Lebedev sulla misurazione della leggera pressione (1899): "Ho combattuto tutta la mia vita con Maxwell ... Lebedev mi ha fatto arrendere ..."

Inizio della teoria delle onde
Sebbene le equazioni di base che descrivono i movimenti fluidi negli anni '30 del XIX secolo. Era già ottenuto, la teoria matematica delle onde sull'acqua stava appena iniziando a essere creata. La teoria più semplice delle onde sulla superficie dell'acqua è stata data Newton nei suoi "principi matematici della filosofia naturale", pubblicato per la prima volta nel 1687. Cento anni dopo, il famoso matematico francese Joseph Louis Lagrang (1736 - 1813) ha chiamato questo lavoro " il più grande lavoro della mente umana. " Sfortunatamente, questa teoria era basata sull'assunto sbagliato che le particelle d'acqua nell'onda semplicemente oscillano su e giù. Nonostante il fatto che Newton non abbia dato la giusta descrizione delle onde sull'acqua, impostare correttamente il compito e il suo semplice modello ha causato vita ad altri studi. Per la prima volta, l'approccio giusto alle onde superficiali è stato trovato da Lagrange. Ha capito come costruire la teoria delle onde sull'acqua in due casi semplici - per le onde con una piccola ampiezza ("piccole onde") e per le onde in navi, la cui profondità è piccola rispetto alla lunghezza d'onda ("acqua piccola" ), Lagrange non ha fatto uno sviluppo dettagliato della teoria delle onde, poiché è stato affascinato da altri problemi matematici più generali.
Ci sono molte persone che, ammirando il gioco delle onde sulla superficie del torrente, ritengono come le equazioni natali su cui potrebbero essere calcolate la forma di qualsiasi cresta d'onda?
Presto, una soluzione accurata e sorprendentemente semplice alle equazioni che descrivono
Onde sull'acqua. Questo è il primo, e una delle poche accurate, la soluzione delle equazioni di idromeccanica ricevute nel 1802. Scienziato ceco, professore di matematica in
Praga Frantishek Iosp Gerstner (1756 - 1832) *).
*) A volte F. I. Gerstner è confuso con suo figlio, F. A. Gerst-Nerner, che viveva in Russia per diversi anni. Sotto la sua leadership nel 1836 - 1837. La prima ferrovia in Russia è stata costruita (da San Pietroburgo al Tsarskoye Selo).
Nell'onda di Swrovers (figura 1.1), che può essere formata solo su "Acqua profonda", quando la lunghezza d'onda è molto inferiore alla profondità della nave, le particelle del liquido si muovono attorno ai dintorni. L'onda Gerstner è la prima ondata studiata di una forma non censinoidale. Dal fatto che le particelle del liquido si muovono attorno ai cerchi, si può concludere che la superficie dell'acqua ha la forma di cicloidi. (da Greco. "Kiklos" - un cerchio e "Eidos" - forma), cioè la curva descrive un certo punto della ruota, cavalcando su una strada piatta. A volte questa curva è chiamata tricoide (dal greco. "Trohos" - ruota), e le onde di navetta sono trocoidali *). Solo per onde molto piccole, quando l'altezza dell'onda diventa molto inferiore alla loro lunghezza, il cicloide diventa simile al sinusoide, e la pala di Gerstner si trasforma in un sinusoidale. Sebbene le particelle di acqua e deviano un po 'dalle loro posizioni di equilibrio, muovono tutti gli stessi nella circonferenza e non oscillano su e giù, come Newton credeva. Va notato che Newton chiaramente consapevole dell'errore di tali ipotesi, ma è stato possibile usarlo per una stima approssimativa approssimativa della velocità di propagazione delle onde: "Tutto accade in questo modo, sotto il presupposto che le particelle d'acqua salivano e cadono Con le linee rette, ma il loro movimento su e giù su di esso accade in realtà non in linea retta, ma piuttosto in cerchio, quindi sostengo che il tempo è dato a queste disposizioni solo circa. " Qui "tempo" - il periodo di oscillazioni T in ogni punto; La velocità dell'onda V \u003d% / t, dove K è la lunghezza d'onda. Newton ha dimostrato che la velocità dell'onda dell'acqua è proporzionale a -u / k. In futuro, vedremo che questo è il risultato corretto e troveremo il coefficiente di proporzionalità, che era noto per Newton solo approssimativamente.
*) Chiameremo le curve cicloidi descritte da punti sdraiati sul bordo delle ruote e tricoidi - le curve descritte dai punti tra il bordo e l'asse.
L'apertura di Gerstner non passò inosservata. Va detto che lui stesso ha continuato ad essere interessato alle onde e la sua teoria è stata utilizzata per calcoli pratici di dighe e dighe. Presto c'era uno studio iniziale e di laboratorio delle onde sull'acqua. È stato realizzato da giovani fratelli Weber.
Elder Brother Erist Weber (1795 - 1878) ha successivamente reso importanti scoperte in anatomia e fisiologia, specialmente nella fisiologia del sistema nervoso. Wilhelm Weber (1804 - 1891) divenne un famoso fisico e un dipendente perenne del "controllo dei matematici" K. Gauss nella ricerca sulla fisica. Alla suggestione e con l'assistenza di Gauss, l'OI ha fondato il primo laboratorio fisico del mondo del mondo (1831) nell'università di Ghettingen. Il suo lavoro su elettricità e magnetismo, così come la teoria elettromagnetica di Weber, che è stata successivamente sfollata dalla teoria di Maxwell. Era uno dei primi (1846) ha introdotto un'idea delle particelle individuali della sostanza elettrica - "Masse elettriche" e proposte il primo modello dell'atomo in cui l'atomo è stato paragonato al modello planetario del sistema solare. Weber ha anche sviluppato l'idea di base della teoria di Faraday dei magneti elementari della sostanza e ha inventato diversi strumenti fisici che erano molto perfetti per il loro tempo.
Ernst, Wilhelm e il fratello minore Edward Weber si interessò seriamente alle onde. Erano sperimentatori veri e semplici osservazioni sulle onde che possono essere viste "ad ogni passo", non potevano soddisfarli. Pertanto, hanno fatto un semplice dispositivo (vassoio web), che con diversi miglioramenti è ancora utilizzato per gli esperimenti con le onde idriche. Costruendo una scatola lunga con una parete laterale di vetro e dispositivi semplici per l'eccitazione delle onde, hanno condotto ampie osservazioni di varie onde, comprese le chiustre di Gerstner, la teoria dei quali hanno quindi controllato l'esperienza. I risultati di queste osservazioni sono stati pubblicati nel 1825 nel libro chiamato "La dottrina delle onde fondata sull'esperienza". È stato il primo studio sperimentale in cui le ondate di forma diversa sono state studiate sistematicamente, la velocità della loro propagazione, la relazione tra la lunghezza e l'altezza dell'onda, ecc., Era molto semplice, spiritoso e abbastanza efficace. Ad esempio, per determinare la forma della superficie dell'onda, hanno abbassato un vetro opaco nel bagno
Piatto. Quando l'onda arriva al centro del piatto, viene rapidamente tirato fuori; In questo caso, la parte anteriore dell'onda è assolutamente impressa sul piatto. Per osservare i sentieri del fluttuante nell'ondata di particelle, hanno riempito il vassoio con acqua fangosa dai fiumi. Saale e ha osservato il movimento con l'occhio nudo o con un microscopio debole. In questo modo, hanno determinato non solo la forma, ma anche la dimensione delle traiettorie delle particelle. Quindi, hanno scoperto che le traiettorie vicino alla superficie sono vicine ai cerchi, e quando si avvicina il fondo è appiattita nelle ellissi; Vicino al fondo della particella si muove orizzontalmente. Weber ha aperto molte proprietà interessanti di un'onda in acqua e altri liquidi.

Sui benefici della teoria delle onde
Nessuno cerca il tuo, ma ogni beneficio di un altro.
Apostolo Paolo.
Indipendentemente da questo, lo sviluppo delle idee di Lagrange, che era principalmente connesso con i nomi dei matematici francesi Augusten Louis Cauchy (1789 - 1857) e Simon Denis Poisson (1781 - 1840). In questo documento, il nostro compatriot Mikhail Vasilyevich Ostrogradsky (1801 - 1862) ha preso parte a questo lavoro. Questi famosi scienziati hanno fatto molto per la scienza, i loro nomi sono numerose equazioni, teoremi e formule. Il loro lavoro sulla teoria matematica delle onde di piccole ampiezze sulla superficie dell'acqua è meno conosciuta. La teoria di tali onde può essere utilizzata per alcune onde della tempesta sul mare, al movimento delle navi, alle onde sulle secche e vicino ai volante, ecc. Il valore della teoria matematica di tali onde per la pratica ingegneristica è ovvio. Ma allo stesso tempo, i metodi matematici progettati per risolvere questi compiti pratici sono stati successivamente applicati alla soluzione di altri, lontani dall'idromeccanica dei problemi. Ripeteremo più di una volta con tali esempi di "onnività" di matematica e benefici pratici di risolvere problemi matematici, a prima vista relativi alla matematica "pulita" ("inutile".
Qui, l'autore è difficile da resistere da un piccolo ritiro dedicato a un episodio associato all'aspetto di uno
Il lavoro di Ostrogradsky sulla teoria della volontà. Questo lavoro matematico non solo ha portato un remoto beneficio per la scienza e la tecnologia, ma ha anche avuto un impatto diretto e importante sul destino del suo autore, che non avviene così spesso. È così che questo episodio ha rilasciato un eccezionale costruttore russo, matematica e ingegnere, accademico Alexei Nikolayevich Krylov (1863 - 1945). "Nel 1815, l'Accademia di Parigi del ragno ha stabilito la teoria della teoria del" Gran Premio in Matematica ". Cauchy e Poisson hanno preso parte alla competizione. Il premio era ampio (circa 300 ppm. Memoir Cauchy, Memoir Poisson meritato una recensione onoraria ... nello stesso. Lo stesso (1822) MV Oratogradsky, dovuto a causa del ritardo nell'espulsione (dalla casa) dell'hotel, Erano piantati in cliché (una prigione del debito a Parigi). Qui scrisse "la teoria della volontà nella nave di una forma cilindrica" \u200b\u200be ha inviato il suo Memoir Cauchy, che ha solo approvato questo lavoro e lo presentò all'Accademia di Parigi del ragno per la stampa nei suoi scritti, ma anche ricchi, comprato Ostrogradsky da Una prigione del debito e lo raccomandò come insegnante di matematica in uno dei Lyceum di Parigi. Un certo numero di opere matematiche di Ostrogradsky ha attirato l'attenzione dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo, e nel 1828 fu eletto alle sue aggiunte, e poi nei normali accademici, avendo solo un certificato studentesco della Kharkov University, licenziato, dopo la laurea .
Lo aggiungiamo che Ostrogradsky nacque in una povera famiglia dei nobili ucraini, all'età di 16 anni, Oi entrò nella fisica e nella facoltà di matematica dell'Università di Kharkov, secondo la volontà del Padre, contrariamente ai propri desideri (Oi voleva diventare militare uno), ma le sue eccezionali capacità per la matematica erano molto presto manifestate. Nel 1820, con gli onori si arrendono esami per il candidato, tuttavia, il ministro dell'Illuminismo folk e gli affari spirituali Kizyas un Golitsyn IE lo ha rifiutato solo di assegnare il grado del candidato, ma anche privato di un diploma precedentemente rilasciato sulla fine del Università. La base era l'accusa di lui in "senza dio e in forma libera", nel fatto che non ha partecipato non solo
Conferenze di filosofia, di riconoscimento e dell'insegnamento cristiano. " Di conseguenza, Ostrobdsky è andato a Parigi, dove Laplas, Cauch, Poisson, Fourier, Ampere e altri scienziati prominenti hanno visitato le lezioni. Successivamente, Ostrogradsky è diventato membro del corrispondente dipartimento dell'Accademia delle Scienze di Parigi, un membro di Torino,
Accademie romane e americane, ecc. Nel 1828, Ostrogradsky tornò in Russia, a San Pietroburgo, dove, secondo il comando personale di Nicholas, sono stato assunto sotto la supervisione segreta della polizia *). Questa circostanza non ha impedito, tuttavia, la carriera di Ostrogradsky, gradualmente che ha preso posizione molto alta.
Lavorare sulle onde menzionate da A. N. Krylov, è stata pubblicata nelle opere dell'Accademia di Scienze di Parigi nel 1826. È dedicata alle onde di una piccola ampiezza, cioè il compito che ha lavorato Cauchy e Poisi. Più allo studio delle onde di Ostrobradsky non ha ritornato. Oltre alle opere puramente matematiche, è nota la sua ricerca sulla meccanica hamiltoniana, una delle prime opere per studiare l'influenza della forza non lineare della trizione sul movimento dei conchiglie nell'aria (questo compito è stato ancora consegnato
*) Imperatore Nicholas I Generalmente ho trattato gli scienziati con diffidenza, considerando tutti loro, non senza motivo, la corda libera.
Eulero). Ostrogradsky è stato uno dei primi a realizzare la necessità di studiare oscillazioni non lineari e ha trovato un modo spiritoso per approssimare le piccole non linearità nelle oscillazioni del pendolo (compito di Poisson). Sfortunatamente, non ha portato le proprie imprese scientifiche alla fine - troppa forza doveva dare al lavoro pedagogico che apre la strada con nuove generazioni di scienziati. Già per una cosa, dobbiamo essere grati a lui, così come gli altri scienziati russi dell'inizio del secolo scorso, lavorando ostinatamente come fondamento del futuro sviluppo della scienza nel nostro paese.
Restituiamo, tuttavia, alla nostra conversazione sui benefici delle onde. È possibile dare un meraviglioso esempio dell'uso delle idee della teoria delle onde a un cerchio completamente diverso di fenomeni. Stiamo parlando dell'ipotesi di Faraday sul carattere dell'onda del processo di propagazione di interazioni elettriche e magnetiche.
Faradays già nella vita divenne uno scienziato famoso, molti studi e libri popolari sono stati scritti su di lui. Tuttavia, alcune persone oggi sanno che Faraday era seriamente interessato alle onde sull'acqua. Non possiedono metodi matematici noti a Cauchy, Poisson e Ostrogradsky, ha compreso molto e profondamente le idee principali della teoria delle onde sull'acqua. Riflettendo sulla diffusione dei campi elettrici e magnetici nello spazio, ha cercato di immaginare questo processo per analogia con la diffusione delle onde sull'acqua. Questa analogia, a quanto pare, lo portò all'ipotesi dell'arto della velocità della propagazione di interazioni elettriche e magnetiche e il carattere dell'onda di questo processo. Il 12 marzo 1832, ha registrato questi pensieri in una lettera speciale: "Nuove viste che sono attualmente memorizzate in una busta sigillata negli archivi della Royal Society". Le idee delle onde elettromagnetiche sono formulate per la prima volta dai pensieri esposti nella lettera. Questa lettera è stata sepolta negli archivi della Royal Society, è stato trovato solo nel 1938. Eidimo, e FARADAY stesso ha dimenticato di lui (ha gradualmente sviluppato una grave malattia associata alla perdita di memoria). Le idee principali della lettera, ha delineato più tardi nel lavoro del 1846
Naturalmente, oggi è impossibile ripristinare accuratamente il corso dei pensieri di Faraday. Ma le sue riflessioni e esperimenti sulle onde sull'acqua poco prima della preparazione di questa meravigliosa lettera si riflette nel lavoro pubblicato nel 1831. È dedicato allo studio di piccole increspature sulla superficie dell'acqua, cioè le cosiddette onde "capillare" *) (più su di loro saranno raccontate in CH. 5). Per la loro ricerca, ha inventato spiritoso e, come sempre, un tratto molto semplice. Successivamente, il metodo Faraday ha usato Russell, osservò altre fenomeni a bassa ala, ma belli e interessanti con onde capillari. Faraday e Russell Experiments sono descritti nel § 354 - 356 libri di Rayleigh (John William Stratt, 1842 - 1919) "teoria del suono", che è stato pubblicato per la prima volta nel 1877, ma ancora non obsoleto e può offrire un grande piacere al lettore (lì è un trasferimento russo). Ralea non solo ha fatto molto per la teoria delle oscillazioni e delle onde, ma anche una delle prime riconosciute e apprezzata l'onda isolata.

Sui principali eventi dell'era
Il miglioramento del NAKN dovrebbe aspettare una qualsiasi delle capacità o agilità di alcuni individui e dall'attività coerente di molte generazioni che si sostituiscono l'un l'altro.
F. Pancetta
Nel frattempo, è il momento per noi di finire un'escursione storica un po 'protratta, anche se l'immagine della scienza di quella paura si è rivelata, forse anche un unilaterale. Per aggiustarlo in qualche modo, porterò immediatamente gli eventi di quegli anni che gli storici della scienza ritengono giustamente i più importanti. Come già menzionato, tutte le leggi di base e le equazioni dei meccanismi sono state formulate nel 1834 nella forma in cui li usiamo oggi. A metà del secolo, le principali equazioni che descrivono i movimenti di liquidi e corpi elastici (idrodinamica e teoria dell'elasticità) sono stati scritti in dettaglio. Come abbiamo visto, le onde in liquidi e in corpi elastici erano interessati a molti scienziati. I fisici, tuttavia, portati via le onde luminose molto più difficili in questo momento.
*) Queste onde sono associate alle forze della tensione superficiale dell'acqua. Gli stessi punti di forza causano l'aumento dell'acqua nel miglior spessore dei capelli, dei tubi (Capillo della parola latina e dei capelli).
Nel primo trimestre del secolo, principalmente dovuto al talento e all'energia di Thomas Jung (1773 - 1829), Augusten Jean Fresnel (1788 - 1827) e Dominica Francois Arago (1786 - 1853), ha vinto la teoria dell'onda della luce. La vittoria non era facile, perché c'erano scienziati così importanti come Laplace e Poisson tra numerosi avversari della teoria delle onde. L'esperienza critica, che ha finalmente approvato la teoria delle onde, è stata fatta da Arago in un incontro della Commissione dell'Accademia delle Scienze di Parigi, che ha discusso il lavoro del lavoro di Fresnel presentato per la concorrenza sulla diffrazione della luce. Nella relazione della Commissione, è stato descritto in questo modo: "Uno dei membri della nostra commissione, Monsieur Poisson, ha portato un risultato sorprendente dall'autore integrale che è stato riportato dall'autore che è stato il caso di una grande schermata opaca dovrebbe Sii lo stesso illuminato come nel caso se lo schermo non è esistito ... Questa conseguenza è stata verificata dall'esperienza diretta e l'osservazione ha completamente confermato i dati di calcolo. "
Questo è successo nel 1819 e il prossimo anno la sensazione ha già suscitato l'apertura di Ersteda. La pubblicazione di Ersteid funziona "Gli esperimenti legati all'azione di un conflitto elettrico per una freccia magnetica" hanno dato origine a valanghe di esperimenti sull'elettromagnetismo. Generalmente è riconosciuto che Ampere ha reso il maggior contributo a questo lavoro. Ersteda è stato pubblicato a Copenaghen alla fine di luglio, all'inizio di settembre, Arago annuncia l'apertura a Parigi, e in ottobre, la famosa legge Bio-Savara appare in ottobre - Laplas. Da fine settembre, Ampende quasi settimanale (!) Con segnalazioni di nuovi risultati. I risultati di questa epoca dopharadeevsky in elettromagnetismo sono stati riassunti nel libro di Ampe "la teoria dei fenomeni elettrodinamici, derivati \u200b\u200besclusivamente dall'esperienza".
AVVISO Per quanto riguarda la rapidità delle notizie degli eventi, sebbene i mezzi di comunicazione siano stati meno perfetti di oggi (l'idea delle comunicazioni telegrafiche è stata espressa da Ampera nel 1829, e solo nel 1844 il primo ha iniziato a lavorare in Nord America commerciale linea telegrafica). I risultati degli esperimenti di Faraday sono rapidamente conosciuti. Ciò, tuttavia, non si può dire della diffusione delle idee teoriche di Faraday, spiegando i suoi esperimenti (il concetto di linee elettriche, una condizione elettrotica, cioè il campo elettromagnetico)
La prima della profondità delle idee di Faraday è stata valutata da Maxwell, che è riuscita a fare un linguaggio matematico adatto.
Ma questo è successo già a metà del secolo. Il lettore può chiedere perché le idee di Faraday e Ampere percepivano così diversamente. Il caso, apparentemente, il fatto che l'Aircodynamics dell'Amper era già matura ", si precipitò in aria". Non è affatto silenzioso il grande merito dell'Ampere, che ha dato per la prima volta queste idee con una precisa forma matematica, devi ancora sottolineare che le idee di Faraday erano molto più profonde e rivoluzionarie. Oii "è stato rotto nell'aria", ma nasceva il potere creativo del pensiero e della fantasia del loro autore. Ha reso difficile percepire il fatto che l'Oii non fosse vestito in abiti matematici. Maxwell non appare - Le idee di Faraday potrebbero essere state dimenticate a lungo.
La terza direzione più importante della fisica della prima metà del secolo scorso è l'inizio dello sviluppo degli insegnamenti sul calore. I primi passi della teoria dei fenomeni termici, naturalmente, c'erano collegamenti con il lavoro di macchine a vapore, e le idee teoriche generali sono state formate difficili e penetrate nella scienza lentamente. Meraviglioso lavoro di SADI Carno (1796 - 1832) "Riflessioni sulla forza trainante del fuoco e delle macchine che possono sviluppare questo potere", pubblicato nel 1824, passò completamente inosservato. È stato ricordato solo grazie al lavoro di Klapairon apparve nel 1834, ma la creazione della teoria moderna di calore (termodinamica) è il caso per la seconda metà del secolo.
Due lavori sono strettamente connessi con domande. Uno di questi è il famoso libro di eccezionale matematica, fisica e un egittologo *) Jean Batista Joseph Fourier (1768 - 1830) "la teoria analitica del calore" (1822), dedicata alla soluzione del problema della distribuzione del calore; È stato sviluppato in dettaglio e applicato a risolvere problemi fisici il metodo di decomposizione delle funzioni sui componenti sinusoidali (decomposizione di Fourier). Questo lavoro di solito conta l'origine della fisica matematica come scienza indipendente. Il suo valore per la teoria dei processi oscillatorie e ondulazioni è enorme - per più di un secolo, il modo principale di studiare i processi d'onda era la decomposizione di onde complesse su semplici sinusoidali
*) Dopo la campagna napoleonica in Egitto, OI ammontava a "Descrizione dell'Egitto" e raccolse una piccola ma preziosa collezione di antichità egiziane. Fourier ha diretto i primi passi del giovane Zhaia-Fraisuo Chamotoi, un brillante decidifier della lettera geroglificata, il fondatore dell'Egittologia. La decrittografia dei geroglifici amava non senza successo e Thomas Jung. Dopo la fisica, era forse la sua principale passione.
(armonica) onde o "armoniche" (da "armonia" nella musica).
Un altro lavoro è un rapporto del venti essenziale I Elmgolz "sulla conservazione del potere", fatto nel 1847 in un incontro della società fisica fondata a Berlino. Hermann Ludwig Ferdinand Helmgolts (1821 - 1894) è considerato uno dei più grandi naturalisti, e alcuni degli storici della scienza hanno messo questo lavoro con le opere più importanti degli scienziati che hanno posato le fondamenta delle scienze naturali. Consiste nella formulazione più generale del principio di conservazione dell'energia (quindi si chiamava "forza") per i fenomeni meccanici, termici, elettrici ("galvanici") e magnetici, compresi i processi nella "creatura organizzata". È particolarmente interessante per noi che qui Helmgolts hanno notato per la prima volta la natura oscillatoria dello scarico della Banca Leida e ha scritto un'equazione da cui presto W. Thomson ha portato la formula per il periodo di oscillazioni elettromagnetiche nel circuito oscillatorio.
In questo piccolo lavoro puoi vedere suggerimenti per la futura ricerca meravigliosa del Helmholtz. Persino un semplice elenco dei suoi successi in fisica, idromeccanica, matematica, anatomia, fisiologia e psicofisiologia ci porterebbe molto lontano dal tema principale della nostra storia. Citiamo solo la teoria dei vortici nel liquido, la teoria dell'origine delle onde del mare e della prima determinazione del tasso di propagazione del polso nel nervo. Tutte queste teorie, come vedremo presto, sono direttamente correlate alla moderna ricerca Soliton. Dalle sue altre idee, è necessario menzionare la prima volta espressa da lui nella conferenza sulla vista fisica di Faraday (1881), un'idea dell'esistenza di una carica elettrica elementare ("basso possibile") ("elettrico Atomi "). Sull'esperienza, l'elettrone è stato scoperto solo sedici anni dopo.
Entrambe le opere descritte erano teoriche, costituivano la fondazione della fisica matematica e teorica. La formazione finale di queste scienze è associata, indubbiamente, con le opere di Maxwell, e nella prima metà del secolo un approccio puramente teorico ai fenomeni fisici era, in generale, alieno alla maggioranza
Schenyh. La fisica era considerata la scienza puramente "esperta" e le parole lavan, anche nei nomi delle opere erano "esperienze", "basate su esperienze", "derivate dalle esperienze". È interessante notare che la composizione del Helmholtz, che ai nostri giorni può essere considerata un campione di profondità e chiarezza della presentazione, non è stata accettata da un diario fisico come un volume teorico e troppo grande in volume e fu successivamente rilasciato in una brochure separata. Poco prima della morte di Helmgolts, ha detto che la storia di creare il suo lavoro più famoso:
"I giovani sono solo più disposti immediatamente per i compiti più profondi, quindi mi sono portato della misteriosa creatura della forza della vita ... L'ho trovato ... la teoria della vitalità ... Attributo a qualsiasi corpo vivente le proprietà del "Eternal Engine" ... Guardando attraverso gli scritti di Daniel Bernoulli, D'Asimer e altri matematici del secolo scorso ... Ho trovato la domanda: "Che tipo di relazioni dovrebbero esistere tra le varie forze della natura, se noi Accetta che il "motore eterno" è generalmente impossibile e fai tutte queste relazioni effettivamente eseguite. .. "Destendevo solo di dare una valutazione critica e sistematica di fatti negli interessi dei fisiologi. Per me, non ci sarebbe sorpresa se alla fine le persone consapevoli mi hanno detto: "Sì, tutto questo è fantastico. Cosa vuole diffondere questo giovane Medico su queste cose? " Con mia sorpresa, quelle autorità in fisica con cui dovevo entrare in contatto, sembrava completamente diverso. Erano inclini a respingere la giustizia della legge; Tra la lotta zelante, che tipo di consegnata dalla filosofia naturale di Pegel e il mio lavoro è stato considerato per fantastici chiarimenti. Solo la matematica Jacobi ha riconosciuto la connessione tra il mio ragionamento e i pensieri dei matematici del secolo scorso, si interessarono alla mia esperienza e mi ha difeso da incomprensioni. "
Queste parole caratterizzano intensamente la mentalità e gli interessi di molti scienziati di quell'era. In tale resistenza di una società scientifica, nuove idee sono, ovviamente, regolarità e persino la necessità. Quindi non saremo sbrigremo a condannare la Laplace, che non capiremo Fresnel, Weber, che non ha riconosciuto le idee di Faraday, o Celvin, opposte dalla teoria di Maxwell, e sarebbe meglio porre, se siamo facilmente forniti all'assimilazione di nuovi, a differenza di tutto, con ciò che abbiamo ottenuto, idee. Riconosciamo che un conservatismo è deposto nella nostra natura umana, e quindi, nella scienza, che la gente lo fa. Si dice che un "conservatorismo sano" sia persino necessario per lo sviluppo della scienza, in quanto impedisce la diffusione di fantasie vuote. Tuttavia, questo non confortevole, quando ricordi il destino dei geni che guardavano in futuro, ma non capito e non riconosciuto dalla loro epoca.

La tua età, mi sei mancato, le profezie non sono comprese
E con i rimproveri misti misti adulo.
V. Bryusov.
Forse gli esempi più vivi di un tale conflitto con l'era nel periodo di interesse per noi (circa 1830) vediamo nello sviluppo della matematica. Il volto di questa scienza è stato quindi determinato, probabilmente, Gauss e Cauchi, che completò insieme ad altre costruzioni del grande edificio dell'analisi matematica, senza la quale la scienza moderna è semplicemente impensabile. Ma non possiamo dimenticare che Young Abel (1802 - 1829) e Galua (1811 - 1832) sono morti allo stesso tempo (1811 - 1832), che dal 1826 al 1840. Pubblicato i loro lavori sulla geometria non figlio di Lobachevsky (1792 - 1856) e Boyai (1802 - I860), che non vivevano davanti al riconoscimento delle loro idee. Le ragioni di tale tragico malinteso sono profonde e diverse. Non possiamo approfondire loro, ma daremo solo un altro esempio, importante per la nostra storia.
Come vedremo più tardi, il destino del nostro eroe, Soliton, è strettamente correlato alle macchine informatiche. Inoltre, la storia ci presenta una coincidenza sorprendente. Nell'agosto del 1834, al momento in cui Russell fu osservato da un'onda isolata, matematico inglese, un economista e un ingegnere inventore Charles Bab-Babe (1792 - 1871) ha finito lo sviluppo dei principi di base della sua macchina "analitica", che successivamente costituiva la base delle moderne macchine di calcolo digitale. Le idee di Babbedia sono davanti al loro tempo. Per implementare i suoi sogni di costruzione e usare tali auto, ci sono voluti più di cento anni. È difficile incolpare i contemporanei di Babys. Molti hanno capito la necessità di macchine informatiche, ma la tecnologia, la scienza e la società non erano ancora mature per l'attuazione dei suoi progetti audaci. Il primo ministro dell'Inghilterra Sir Robert Pill, che ha dovuto risolvere il destino del finanziamento del progetto presentato dal governo di Babbag non è stato ignorante (si è laureato da Oxford prima in matematica e classica). Ha condotto una discussione formalmente approfondita del progetto, ma di conseguenza ha concluso che la creazione di una macchina di elaborazione universale non si applica alle priorità del governo britannico. Solo nel 1944 apparve le prime macchine digitali automatiche e nella rivista inglese "natura" ("natura") un articolo chiamato "sogno di Babbedj è stato realtà".

Scienza e società
La squadra di scienziati e scrittori ... sempre avanti in tutte le giacche di illuminazione, su tutti gli attacchi dell'istruzione. Non dovrebbe essere incredibilmente indignato per il fatto che è sempre stato determinato a sopportare i primi scatti e tutte le avversità, tutti i pericoli.
A. S. Pushkin.
Naturalmente, i successi della scienza e dei suoi fallimenti sono associati alle condizioni storiche dello sviluppo della società, su cui non possiamo ritardare l'attenzione del lettore. Non è per caso che in quel momento c'era una tale pressione di nuove idee che la scienza e la società non hanno avuto il tempo di mandarli.
Lo sviluppo della scienza in diversi paesi ha superato percorsi ineguali.
In Francia, la vita scientifica è stata unite e organizzata dall'Accademia a tal punto che il lavoro che non è stato visto e non sostenuto dall'Accademia o almeno famosi accademici avevano poca possibilità di interessare gli scienziati. Ma il lavoro che è caduto nel campo visivo dell'Accademia è stato mantenuto e sviluppato. A volte ha causato proteste e perturbazione da giovani scienziati. Nell'articolo dedicato alla memoria di Abel, il suo amico di Segi ha scritto: "Anche nel caso di Abel e Jacobi, la Beneficità dell'Accademia intendeva non riconoscere l'indubbio merito di questi giovani scienziati, ma piuttosto il desiderio di incoraggiare lo studio di alcuni problemi riguardanti un cerchio rigorosamente definito di questioni, al di fuori della quale, nell'accademia di opinione, non ci possono essere progressi della scienza e non possono essere fatti scoperte preziose ... Diremo anche qualcosa di completamente diverso: i giovani scienziati, non farlo Ascolta qualcuno, tranne per la tua stessa voce interiore. Leggi le opere dei geni e riflettono su di loro, ma non trasformarono mai in studenti
Parere ... Libertà di opinioni e obiettività dei giudizi: tale dovrebbe essere il tuo motto. " (Forse, "non ascoltare nessuno" - un'esagerazione polemica, "voce interiore" non è sempre giusta.)
In una varietà di piccoli stati, che erano situati sul territorio del futuro impero tedesco (solo nel 1834, le dogane erano chiuse tra la maggior parte di questi Stati), la vita scientifica era focalizzata su numerose università, nella maggior parte dei quali era il lavoro di ricerca condotto anche. Era lì che in questo momento le scuole degli scienziati hanno iniziato a sviluppare ed uscissero un gran numero di riviste scientifiche, che gradualmente divennero il principale mezzo di comunicazione tra scienziati, spazio e tempo non-lusso. Il loro campione segue sia le moderne riviste scientifiche.
Alle Isole Britanniche non c'era né l'Accademia di tipo francese che si propaganda i risultati riconosciuti da esso, né tali scientifiche scientifiche, come in Germania. La maggior parte degli scienziati inglesi lavorava da sola *). Questi solioni sono riusciti a disporre di modi completamente nuovi nella scienza, ma il loro lavoro è spesso rimasto completamente sconosciuto, specialmente quando non sono stati inviati alla rivista, ma sono stati segnalati solo agli incontri della Royal Society. La vita e l'apertura dell'eccentrica Venomazb e uno scienziato brillante, Lord Henry Cavendish (1731 - 1810), che ha lavorato in completa solitudine nel suo laboratorio e ha pubblicato solo due opere (il resto, che conteneva le scoperte, sono state rinunciate da altri, Solo dozzine di anni dopo, sono state trovate e pubblicate da Maxwell), soprattutto illustrando vivamente queste caratteristiche della scienza in Inghilterra a turno dei secoli XVIII - XIX. Tali tendenze nel lavoro scientifico sono rimaste in Inghilterra abbastanza tempo. Ad esempio, il Signore Ralea già menzionato ha anche lavorato come dilettante, ha adempiuto la maggior parte dei suoi esperimenti nella sua tenuta. Questo "dilettante", oltre al libro sulla teoria del suono, è stato scritto
*) Non c'è bisogno di percepirlo troppo letteralmente. Qualsiasi scienziato ha bisogno di comunicazione costante con altri scienziati. In Inghilterra, il centro di tale comunicazione è stata la Royal Society, che aveva anche mezzi coerenti per finanziare la ricerca scientifica.
Più di quattrocento opere! Per diversi anni ha lavorato da solo nel suo nido di parto e Maxwell.
Di conseguenza, lo storico inglese della scienza ha scritto in questo periodo, il maggior numero di lavori eseguiti nella forma e nel contenuto delle opere, che divennero classico ... appartiene probabilmente, Francia; Il maggior numero di opere scientifiche sono state realizzate probabilmente in Germania; Ma tra le nuove idee che per la scienza concimata secolare, è probabile che la più grande quota appartenga all'Inghilterra. " L'ultima dichiarazione difficilmente può essere attribuita alla matematica. Se parliamo della fisica, allora questo giudizio sembra non troppo lontano dalla verità. Inoltre, non dimentichiamo nemmeno che il Sovreme Russell *) era il grande Charles Darwin, nato un anno dopo e morì in un anno con lui.
Qual è la ragione per il successo dei singoli ricercatori, perché sono in grado di venire a idee così inaspettate che sembravano non sbagliati con molti altri scienziati non meno dotati, ma non nemmeno folle? Se confronti Faraday e Darwin - due grandi naturalisti della prima metà del secolo scorso, allora la loro straordinaria indipendenza dagli esercizi che dominavano in quel momento, la fiducia nella loro visione e nella loro ragione, il grande ingegno nella formulazione di problemi e il desiderio di capire che insolito che siano riusciti ad osservare. Il fatto che la società istruita non sia indifferente alla ricerca scientifica. Se non vi è alcuna comprensione, cioè interesse, e intorno ai scopi e gli innovatori di solito stanno andando a un cerchio di fan e simpatizzanti. Anche negli infiniti e che è diventato la fine della vita di Mizanthropy Babbedi erano amanti e la gente ben valutata. Lo ha capito e molto apprezzato Darwin, vicino al suo dipendente e il primo programmatore della sua macchina analitica era il matematico eccezionale, figlia di Byrona, signora
*) La maggior parte dei contemporanei citati da noi è probabilmente familiarità con l'altro. Naturalmente, i membri della Royal Society si sono riuniti alle riunioni, ma, inoltre, hanno supportato e connessioni personali. Ad esempio, è noto che Charles Darwin era ai ricevimenti di Charles Babbedia, che era amico di Giovanni Hershele, che conosceva John John Russell vicino a John Russell, e così via.
ADU Augue Lavleys. Babbedja ha anche apprezzato faraday e altre persone eccezionali del suo tempo.
L'importanza sociale della ricerca scientifica è già diventata chiara a molte persone istruite, e a volte ha contribuito a ricevere scienziati i fondi necessari, nonostante la mancanza di finanziamenti centralizzati per la scienza. Entro la fine della prima metà del XVIII secolo. La Royal Society e le principali università hanno grandi fondi rispetto a qualsiasi principale istituzione scientifica del continente. "... Pleiad di sostanze eccezionali fisici, come Maxwell, Ralea, Thomson ... non poteva sorgere se ... in Inghilterra, in quel momento ci sarebbe stata una comunità scientifica culturale, valutando correttamente e sostenere gli scienziati (P \u200b\u200bL. Kapitsa) .

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Il più ampio e più profondo la conoscenza dell'umanità del mondo in tutto il mondo, più luminosa delle isole dell'ignoto. Tali sono i solitoni - oggetti insoliti del mondo fisico.

Dove nascono i soliti

Il termine soliton è tradotto come un'onda isolata. Davvero. sono nati dalle onde e ereditano le loro proprietà. Tuttavia, nel processo di distribuzione e collisione esporre le proprietà delle particelle. Pertanto, il nome di questi oggetti è preso su una consonanza con i concetti ben noti di un elettrone, fotone, che hanno tale dualità.

Per la prima volta, un'onda così isolata è stata osservata in uno dei canali di Londra nel 1834. Sorpreva davanti alla chiatta in movimento e continuò il suo rapido movimento dopo aver fermato la nave, pur mantenendo la sua forma e l'energia per molto tempo.

A volte tali onde che appaiono sulla superficie dell'acqua raggiungono un'altezza di 25 metri. Letto sulla superficie degli oceani, causano danni e morte delle navi. Un'asta di mare così gigante, raggiungendo la riva, getta enormi masse d'acqua, portando la distruzione colossale. Tornando all'oceano, prende migliaia di vite, edifici e oggetti diversi.

Questa immagine della distruzione è caratteristica. Studiando le cause del loro occorrenza, gli scienziati sono arrivati \u200b\u200balla conclusione che la maggior parte di loro aveva davvero origine solitaria. Tsunami-Solitons potrebbe nascere nell'oceano aperto e in calma, tempo tranquillo. Cioè, sono stati sollevati a tutti o altri cataclismi naturali.

La matematica ha creato la teoria, consentendo di prevedere le condizioni per il loro verificarsi in vari ambienti. La fisica ha riprodotto queste condizioni in laboratorio e solitoni scoperti:

• in cristalli;
• radiazione laser a corto divana;
• film in fibra;
• altre galassie;
• sistema nervoso degli organismi viventi;
• e nei pianeti degli atmosfere. Ciò ha permesso di assumere che un grande punto rosso sulla superficie di Giove abbia anche origini solitari.

Proprietà incredibili e segni di solitoni

I solitoni hanno diverse peculiarità che li distinguono dalle onde convenzionali:

• si applicano alle distanze enormi, praticamente senza modificare i parametri (ampiezza, frequenza, velocità, energia);
• le onde del Soliton passano a vicenda senza distorsione, come se le particelle affrontate, non ondeggianti;
• più alto è la "gobba" del solital, maggiore è la sua velocità;
• queste istruzione insolite sono in grado di memorizzare le informazioni sulla natura dell'impatto su di loro.

C'è una questione di come le normali molecole che non hanno le strutture e i sistemi necessari potrebbero ricordare le informazioni? Allo stesso tempo, i parametri della loro memoria superano i migliori computer moderni.

Le onde Soliton sono nate nelle molecole del DNA che sono in grado di mantenere informazioni sul corpo per tutta la vita! Con l'aiuto di dispositivi super-sensibili, è stato possibile rintracciare il percorso dei soliti nell'intera catena del DNA. Si scopre l'onda legge le informazioni memorizzate sul suo percorso, Proprio come una persona legge un libro aperto, tuttavia, la precisione della scansione delle onde è più volte.

Gli studi sono stati proseguiti nell'accademia delle scienze russe. Gli scienziati hanno tenuto un esperimento insolito, i cui risultati erano molto inaspettati. I ricercatori hanno influenzato i soliti dal discorso umano. Si è scoperto che le informazioni verbali registrate per un portatore speciale revocato letteralmente solidioni.

Una vivida conferma di questo era gli studi condotti con grani di grano, dose mostruosa pre-riabilitata di radioattività. Con questo effetto, la catena del DNA viene distrutta e i semi perdono la loro redditività. Dirigere i solitoni, "Ricordo" il discorso umano, sul grano "morto" del grano, è riuscito a ripristinare la loro redditività, cioè. Hanno dato dei germogli. Gli studi condotti nell'ambito del microscopio hanno mostrato il completo restauro delle catene del DNA distrutta da radiazioni.

Prospettive per l'uso

Le manifestazioni dei solitoni sono estremamente diverse. Pertanto, per prevedere tutte le prospettive per il loro uso sono molto difficili.

Ma è già ovvio che sulla base di questi sistemi, sarà possibile creare laser e amplificatori più potenti, per usarli nel campo delle telecomunicazioni per energia e informazioni, applicare nella spettroscopia.

Durante la trasmissione di informazioni su fibre di fibre convenzionali ogni 80-100 km, viene guadagnato un segnale. L'uso di soliti ottici consente di aumentare la gamma di trasmissione del segnale senza distorcere la forma degli impulsi fino a 5-6 mila chilometri.

Ma dove proviene l'energia da mantenere tali segnali potenti a distanze così enormi rimane un mistero. Ricerche per rispondere a questa domanda sono ancora in vantaggio.

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Nel corso attuale, i seminari hanno iniziato a concludere non nella risoluzione dei compiti, ma riferisce su vari argomenti. Penso che sarà corretto lasciarli qui in una forma più o meno popolare.

La parola "solital" proviene dall'onda solitaria inglese e indica un'onda isolata (o parlando del linguaggio di fisica dell 'eccitazione).

Soliton vicino all'isola di Moloka (arcipelago hawaiano)

Anche lo tsunami è soliton, ma significativamente più grande. La privacy non significa che l'onda sarà solo per il mondo intero. I solitoni vengono talvolta trovati da gruppi come vicino alla Birmania.

Solitons nel mare Andaman, la scia della Birmania, Bengala e Tailandia.

Nel senso matematico, Soliton è una soluzione di un'equazione non lineare in derivati \u200b\u200bprivati. Significa questo come segue. Risolvi equazioni lineari che ordinarie della scuola che l'umanità differenziale è già in grado di essere a lungo. Ma è necessario sorgere un quadrato, un cubo o anche la dipendenza più astuta nell'equazione differenziale da un valore sconosciuto e sviluppato per tutti i secoli l'apparato matematico subisce fiasco - una persona non ha ancora imparato a decidere e le decisioni sono più spesso indovinate o selezionate da varie considerazioni. Ma la natura descrive esattamente loro. Così le dipendenze non lineari danno alla luce quasi tutti i fenomeni, gli occhi affascinanti e permettendo di esistere anche la vita. L'arcobaleno nella sua profondità matematica è descritto dalla funzione eyry (però, il cognome di lingua per uno scienziato, il cui studio racconta l'arcobaleno?)

La riduzione del cuore umano è un tipico esempio di processi biochimici, chiamato Autocatalitico - tale che sostiene la propria esistenza. Tutte le dipendenze lineari e la proporzionalità diretta, sebbene semplice per l'analisi, ma noioso: nulla cambia in loro, perché il diretto rimane lo stesso e all'inizio delle coordinate e che scorre in infinito. Le funzioni più complesse hanno punti speciali: minimi, massimi, guasti, ecc., Che si verificano all'equazione creano innumerevoli variazioni per lo sviluppo dei sistemi.

Funzioni, oggetti o fenomeni chiamati solitoni hanno due proprietà importanti: sono stabili nel tempo e conservano la loro forma. Naturalmente, nella vita nessuno e niente e non soddisfano infinitamente soddisfatti, quindi è necessario confrontare con fenomeni simili. Tornando alla barra marina, increspature sulla sua superficie sorge e scompare per la frazione di una seconda, grandi onde, sollevate dal vento decollando e disseminato di spruzzi. Ma lo tsunami muove un muro sordo per centinaia di chilometri senza perdere notevolmente nell'altezza dell'onda e della forza.

Ci sono diversi tipi di equazioni che portano ai solitoni. Prima di tutto, questo è il compito di Sturm Liouville

Nella teoria quantistica, questa equazione è nota come l'equazione non lineare Schrödinger (Schrödinger) se la funzione ha un aspetto arbitrario. In questo record, il numero è chiamato proprio. È così speciale che si trova anche durante la risoluzione del problema, perché non ogni valore può dare una soluzione. Il ruolo dei propri numeri nella fisica è molto grande. Ad esempio, l'energia è energica in meccanica quantistica, anche le transizioni tra i diversi sistemi di coordinate non sono inattivi senza di loro. Se è necessario modificare il parametro t. non ha cambiato i propri numeri (e t. Forse il tempo, per esempio, o qualche influenza esterna sul sistema fisico), arriveremo al Korteweg-de Vries (Korteweg-de Vries) Equation:

Ci sono altre equazioni, ma ora non sono così importanti.

In ottica, un ruolo fondamentale viene svolto dal fenomeno della dispersione - la dipendenza della frequenza dell'onda dalla sua lunghezza, o piuttosto il cosiddetto numero d'onda:

Nel caso più semplice, può essere lineare (, dove - la velocità della luce). Nella vita, spesso otteniamo la piazza del numero d'onda e qualcosa di più astuto. In pratica, la dispersione limita la capacità della fibra all'ingrosso, in base al quale queste parole sono appena fuggite al tuo provider Internet da Wordpress Server. Ma ti permette anche di saltare un intero raggio intero, ma alcuni. E in termini di ottica, le equazioni di cui sopra considerano i casi più semplici di dispersione.

Classificare i soliti può essere diverso. Ad esempio, i soliti derivanti da alcune astrazioni matematiche nei sistemi senza attrito e altre perdite energetiche sono chiamati conservativi. Se consideriamo lo stesso tsunami non molto tempo (e per la salute dovrebbe essere utile), allora sarà un solitone conservativo. Altri soliti esistono solo a causa dei flussi di materia e dell'energia. Sono consuetudini da chiamare Autocrats e poi parleremo esattamente sull'autosolito.

Nelle ottiche, dicono anche dei soliti temporanei e spaziali. Dal titolo diventa chiaro, osserveremo il soliton come una specie di onda nello spazio, o sarà un tuffo nel tempo. Sorgere temporanea a causa del bilanciamento della diffrazione degli effetti non lineari - deviazioni di radiazioni dalla distribuzione rettilinea. Ad esempio, un laser in vetro (fibra di legno), e all'interno del raggio laser, l'indice di rifrazione ha cominciato a dipendere dal potere laser. Soliti spaziali sorgono a causa del bilanciamento della dispersione non linearità.

Soliton fondamentale

Come già menzionato, a banda larga (cioè, la capacità di trasmettere molte frequenze, e quindi informazioni utili) Le linee di comunicazione in fibra ottica sono limitate a effetti non lineari e dispersione che cambiano l'ampiezza dei segnali e la loro frequenza. Ma d'altra parte, la stessa non linearità e dispersione possono portare alla creazione di solitoni, che mantengono la loro forma e altri parametri significativamente più lunghi di tutto il resto. L'uscita naturale da qui è il desiderio di usare il soliton come un segnale informativo (c'è un focolaio-soliton alla fine della fibra - passati uno, no - non c'era Zolik).

Un esempio con un laser che cambia l'indice di rifrazione all'interno della fibra all'ingrosso come diffusione è una vita tranquilla, specialmente se si "spinge" nel più sottile della fibra dell'impulso dei capelli umani in alcuni watt. Per il confronto, c'è molto o meno, una tipica lampadina a risparmio energetico con una potenza di 9 W illumina una scrivania, ma allo stesso tempo la dimensione del palmo. In generale, non andremo lontano dalla realtà per suggerire che la dipendenza dell'indice di rifrazione della potenza impulso all'interno della fibra sarà simile a questa:

Dopo il pensiero fisico e le trasformazioni matematiche di varie complessità sull'ampiezza del campo elettrico all'interno della fibra, è possibile ottenere l'equazione della forma

dove e la coordinata lungo la diffusione del raggio e il trasversale. Il coefficiente svolge un ruolo importante. Determina il rapporto tra dispersione e non linearità. Se è molto piccolo, allora l'ultimo termine nella formula può essere gettato in una conseguenza della debolezza delle non linearità. Se è molto grande, allora la non-linearità che schiaccia la diffrazione sarà unicamente per determinare le caratteristiche della propagazione del segnale. Sta ancora cercando di risolvere questa equazione solo per l'integrazione. Quindi con il risultato particolarmente semplice:
.
La funzione della seferenza iperbolica anche se è chiamata a lungo, sembra una campana ordinaria

Distribuzione dell'intensità nella sezione trasversale del raggio laser sotto forma di soliton fondamentale.

Questa soluzione è chiamata solitaria fondamentale. Il compromesso dell'esponente determina la propagazione del solitone lungo l'asse della fibra. In pratica, questo significa tutto che visitando il muro che abbiamo visto un punto luminoso al centro, l'intensità dei quali sarebbe rapidamente caduta sui bordi.

Soliton fondamentale, come tutti i soliti derivanti dall'uso dei laser, ha determinate funzionalità. Innanzitutto, se la potenza del laser è insufficiente, non apparirà. In secondo luogo, anche se da qualche parte il meccanico sovrappeso, la fibra sovrappesaterà, le goccioline su di esso con olio o fare una sporca diversa, il solitario che passa attraverso l'area danneggiata sarà indignata (in senso fisico e figurativo), ma ritorneremo rapidamente i suoi parametri originali. Anche le persone e gli altri esseri viventi rientrano nella definizione di Autosolon e questa capacità di tornare a una condizione calma è molto importante nella vita 😉

I flussi di energia all'interno del soliton fondamentale sembrano questo:

La direzione dell'energia scorre all'interno del soliton fondamentale.

Qui, la circonferenza è divisa da aree con varie direzioni di flussi e le frecce indicano la direzione.

In pratica, puoi ottenere alcuni solitoni se il laser ha diversi canali di generazione parallelamente al suo asse. Quindi l'interazione dei solitoni sarà determinata dal grado di sovrapposizione delle loro "gonne". Se la dispersione dell'energia non è molto grande, possiamo supporre che i flussi di energia all'interno di ciascun solital siano memorizzati nel tempo. Quindi i solitoni iniziano a girare e spostarsi insieme. La figura seguente mostra la modellazione di una collisione di due gite solitoni.

Modellazione della collisione solitaria. Su uno sfondo grigio, le ampiezze (come sollievo) sono raffigurate e sul nero - la distribuzione della fase.

Si trovano gruppi di solitoni, aggrappati e formando una struttura Z-simile che inizia a ruotare. Risultati ancora più interessanti possono essere ottenuti da una violazione della simmetria. Se si posizionano solioni laser in un ordine di controllo e ti lanci uno, la struttura inizierà a rotazione.

La violazione della simmetria nel gruppo di solitoni porta alla rotazione del centro della struttura inerzia nella direzione della freccia in Fig. Giusto e rotazione intorno alla posizione istantanea del centro di inerzia

Le rotazioni saranno due. Il centro di inerzia gestirà una freccia in senso orario, così come la struttura stessa girerà intorno alla sua posizione in ogni momento. Inoltre, i periodi di rotazioni saranno uguali, ad esempio, come la Terra e la luna, che si rivolge al nostro pianeta solo un lato.

Esperimenti

Così le proprietà insolite dei solitoni prendono attenzione e rendono pensa a praticamente applicazioni per circa 40 anni. Immediatamente possiamo dire che i solitoni possono essere usati per comprimere gli impulsi. Ad oggi, è possibile ottenere una durata del polso fino a 6 femtosecondi (secondi o due volte o due milioni e il risultato da condividere da un secondo). Interessi separati sono linee di comunicazione solitaria, il cui sviluppo è già da molto tempo. Quindi il Chasegawa è stato offerto il seguente schema nel 1983.

Linea di comunicazione Soliton.

Il collegamento è formato dalle sezioni lunghe circa 50 km. La lunghezza totale della linea era di 600 km. Ogni sezione è composta da un ricevitore con un laser che trasmette al successivo segnale rinforzato d'onda, che ha permesso di raggiungere una velocità di 160 GB / s.

Presentazione

Letteratura

1. J. Lem. Introduzione alla teoria dei solitoni. Per. dall'inglese M.: MIR, - 1983. -294 p.
2. J. Weiize onde lineari e non lineari. - m.: MIR, 1977. - 624 p.
3. I. R. Shen. Principi di ottica non lineare: per. dall'inglese / ed. S. A. AKHMANOVA. - m.: Scienza., 1989. - 560 p.
4. S. A. Bulgakova, A. L. Dmitriev. Dispositivi di elaborazione delle informazioni non lineari e ottiche // Tutorial. - San Pietroburgo: SPBGITUMO, 2009. - 56 p.
5. Werner Alpers et. Al. Osservazione delle onde interne nel mare Andaman da ERS SAR // Eartnet online
6. A. I. Latkin, A. V. Yakasov. Modalità di autosolitone della propagazione di impulsi in una linea di comunicazione a fibra ottica con specchi anello non lineare // automotry, 4 (2004), T.40.
7. N. N. Rozanov. Il mondo dei solitoni laser // natura, 6 (2006). P. 51-60.
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P. S. Ai diagrammi in.

Soliton.- Questa è un'onda isolata in ambienti di varie natura fisica, che conserva la sua forma e la sua velocità immutabile quando distribuite. L'inglese. Solitario - appartato (onda solitaria è un'onda isolata), "-on" - una tipica estremità dei termini di questo tipo (ad esempio, un elettrone, un fotone, ecc.), Significato la partenza di una particella.

Il concetto di Soliton è stato introdotto nel 1965 dagli americani con una normale commissione e Martin Kruskal, ma l'onore di apertura della scoperta del Soliton è attribuito all'ingegnere britannico John Scott Russell (1808-1882). Nel 1834, sono stati data per la prima volta una descrizione dell'osservazione del Soliton ("Big Selato Wave"). A quel tempo, Russell ha studiato la larghezza di banda dell'Unione del Canal Plisis Edimburgo (Scozia). È così che l'autore di apertura lo stesso ha parlato di lui: "Ho seguito il movimento della chiatta, che tiravo rapidamente lo stretto canale di un paio di cavalli quando la chiatta si fermò inaspettatamente; Ma la massa d'acqua, che chiatta ha portato a muoversi, non si è fermato; Invece, si riunì vicino al naso della nave in uno stato di movimento pazzo, poi inaspettatamente lo ha lasciato dietro, cavalcando avanti con un'enorme velocità e prendendo la forma di una grande elevazione singola, cioè. Collina d'acqua arrotondata, liscia e ben pronunciata, che continuò il suo percorso lungo il canale, affatto senza modificare la sua forma e senza ridurre la velocità. L'ho seguito cavalcando, e quando l'ho raggiunto, ha ancora rotolato in avanti a velocità di circa otto o nove miglia all'ora, mantenendo il suo profilo iniziale di elevazione a circa trenta piedi e alti da un piedino a piedi e mezzo. La sua altezza è diminuita gradualmente, e dopo una o due miglia di inseguimento l'ho perso nella curva del canale. Così nell'agosto del 1834 sono stato sfidato per la prima volta per incontrare un fenomeno straordinario e bellissimo che ho chiamato l'ondata di trasmissione ... ".

Successivamente, Russell sperimentalmente, conducendo una serie di esperimenti, ha trovato la dipendenza dalla velocità di un'onda solitaria dalla sua altezza (altezza massima sopra il livello della superficie libera dell'acqua nel canale).

Forse Russell prevedeva il ruolo svolto dai solitoni nella scienza moderna. Negli ultimi anni della sua vita, ha completato il libro Onde di traduzione negli oceani acquatici, aerei ed essenzialipubblicato postumously nel 1882. Questo libro contiene una ristampa Segnala sulle onde - La prima descrizione di un'onda isolata e un certo numero di ipotesi sulla struttura della materia. In particolare, Russell credeva che il suono fosse appalato onde (infatti non fosse così), altrimenti, a suo avviso, la diffusione del suono sarebbe stata distorta. Sulla base di questa ipotesi e utilizzando la dipendenza della velocità di un'onda isolata trovata da loro, Russell ha trovato lo spessore dell'atmosfera (5 miglia). Inoltre, facendo il presupposto che la luce sia anche le onde isolate (che non è anche così), Russell ha trovato la lunghezza dell'universo (5 · 10 17 miglia).

Apparentemente, nei suoi calcoli relativi alle dimensioni dell'Universo, Russell ha commesso un errore. Tuttavia, i risultati ottenuti per l'atmosfera sarebbero corretti, se è una densità uniforme. Russevsky stesso Segnala sulle onde Ora è considerato un esempio di presentazione della chiarezza dei risultati scientifici, chiarezza, a cui lontano dallo scienziato di oggi.

La reazione alla relazione scientifica del più autorevole al momento della meccanica inglese di George Baidel Ayri (1801-1892) (Professore di Astronomia a Cambridge dal 1828 al 1835, Astronoma del Tribunale Royal dal 1835 al 1881) e George Gabriel Stokes (1819-1903) (il professore di matematica Cambridge dal 1849 al 1903) era negativo. Molti anni dopo, Soliton è stato rinunciato a circostanze completamente diverse. È interessante notare che non era facile riprodurre l'osservazione di Russell. Partecipanti della Conferenza "Soliton-82", che si sono riuniti a Edimburgo alla Conferenza, dedicata al secolo dal giorno della morte di Russell e cercando di ottenere un'onda isolata nel posto stesso dove osservò Russell, non poteva vedere nulla , con tutta la loro esperienza e una vasta conoscenza del Soliton.

Nel 1871-1872, sono stati pubblicati i risultati dello scienziato francese Joseph Viensenyna Boussineske (1842-1929), dedicato agli studi teorici delle onde isolate nei canali (come un'onda solitaria di Russell). Boussineque ha ricevuto un'equazione:

Descrivendo tali onde ( u.- spostamento della superficie libera dell'acqua nel canale, d. - Profondità del canale, c. 0 - La velocità dell'onda, t. - tempo, x. - variabile spaziale, l'indice corrisponde alla differenziazione dalla variabile corrispondente) e ha determinato la loro forma (sessioni iperboliche, cm. Fico. 1) e velocità.

Le onde studiate Bussienesk hanno chiamato il gonfiore e considerato il gonfiore dell'altezza positiva e negativa. Boussienesc ha dimostrato la stabilità del gonfiore positivo dal fatto che i loro piccoli disturbi si verificano, svanendo rapidamente. In caso di gonfiore negativo, la formazione di una forma d'onda stabile è impossibile, come per un gonfiore molto breve e positivo. Un po 'più tardi, nel 1876, ha pubblicato i risultati della sua ricerca dall'inglese, Lord Ralea.

La prossima fase importante nello sviluppo della teoria dei solitoni è stata il lavoro (1895) di Dutch Deerika Johann Kortewega (1848-1941) e il suo studente di Gustav de Vriz (le esatte date della vita non sono note). Apparentemente, né Cortega, né Dewrite Le opere di Bussineque Leggi. Hanno sfollato l'equazione per le onde in canali abbastanza ampi della sezione trasversale costante, che ora il loro nome è l'equazione Korteweg-de-Vriza (KDV). Soluzione di tale equazione e descrive l'onda rilevata dall'onda in una volta. I principali risultati di questo studio dovevano considerare un'equazione più semplice che descrive l'onda che funziona in una direzione, tali soluzioni sono più visive. A causa del fatto che la soluzione include la funzione ellittica di Giacobi cn.Queste decisioni sono state chiamate onde "cnidal".

Nella forma normale, l'equazione KDV per la funzione desiderata e Ha la forma:

La capacità del Soliton di mantenere nella propagazione della sua forma invariata è spiegata dal fatto che il suo comportamento è determinato da due che agiscono reciprocamente opposti ai processi. Innanzitutto, questo è il cosiddetto collasso non lineare (la parte anteriore dell'onda di un'ampiezza sufficientemente grande cerca di ribaltarsi nelle crescenti aree di ampiezza, poiché le particelle posteriori aventi un'ampiezza maggiore che si muovono più velocemente davanti alla corsa ). In secondo luogo, tale processo viene manifestato come dispersione (dipendenza dalla velocità dell'onda dalla sua frequenza, determinata dalle proprietà fisiche e geometriche del mezzo; durante la dispersione, diverse parti della mossa dell'onda con diverse velocità e le interruzioni dell'onda). Pertanto, il crollo non lineare dell'onda è compensato dalla sua dispersione dovuta alla dispersione, che garantisce la conservazione della forma di tale onda durante la sua propagazione.

L'assenza di onde secondarie nella propagazione del solitone indica che l'energia dell'onda non è dissipata nello spazio, ma concentrata in uno spazio limitato (localizzato). La localizzazione dell'energia è la qualità distintiva della particella.

Un'altra straordinaria caratteristica dei solitoni (contrassegnata ma da Russell) è la loro capacità di mantenere la loro velocità e forma quando si passa l'un l'altro. L'unico ricordo dell'interazione consisteva è lo spostamento costante dei soliti osservati dalle disposizioni che occuperebbero se non sono stati soddisfatti. Si ritiene che i soliti non si passino l'un l'altro, ma si riflettono come quelli che hanno collidere le palle elastiche. Questo mostra anche l'analogia dei solitoni con particelle.

Per molto tempo si credeva che le onde isolate siano collegate solo con le onde sull'acqua e sono state studiate da specialisti - idrodinamica. Nel 1946 m.A. Lavrentyev (URSS), e nel 1954 K.O.Fridrichs e D.G. Hyers gli Stati Uniti hanno pubblicato la prova teorica dell'esistenza delle onde isolate.

Lo sviluppo moderno della teoria solitaria iniziò con il 1955, quando il lavoro degli scienziati di Los Alamos (USA) - Enrico Fermi, John Paste e Walma Wall, dedicato allo studio delle stringhe caricate discrete non lineari (tale modello è stato utilizzato per studiare il termico Conduttività dei solidi). Le onde lunghe che attraversano tali corde si sono rivelate solioni. È interessante notare che il metodo di studio in questo lavoro è diventato un esperimento numerico (calcoli in uno dei primi computer creati da questo momento).

Aprire teoricamente inizialmente per le equazioni Boussinesca e KDV che descrivono le onde sull'acqua fine, i solitoni sono attualmente trovati come soluzioni di una serie di equazioni in altri settori di meccanica e fisica. Più comunemente incontrato (sotto in tutte le equazioni u. - Funzioni desiderate, coefficienti quando u. - Alcune costanti)

equazione non lineare Schrödinger (Nush)

L'equazione è stata ottenuta quando si studia l'auto-focalizzazione ottica e la divisione di travi ottiche. Questa equazione è stata utilizzata nello studio delle onde sull'acqua profonda. C'era una generalizzazione di Nosh per i processi d'onda nel plasma. Interessante l'uso di NOS nella teoria delle particelle elementari.

Sin Gordon Equation (SG)

descrivendo, ad esempio, la propagazione di impulsi ottici ultrashort risonanti, dislocazioni in cristalli, processi in elio liquido, onde densità di carica nei conduttori.

Le soluzioni Solitone hanno le cosiddette equazioni KDV correlate. Queste equazioni includono

equazione modificata KDV.

benjamin, Bona e Magoni Equazione (BBM)

è apparso per la prima volta quando si descrive la Borsa (onde sulla superficie dell'acqua derivante dall'apertura del cancello del gateway, con "bloccare" il flusso del fiume);

benjamin Equation - It

ottenuto per le onde all'interno di un sottile strato di liquido disomogeneo (stratificato) situato all'interno di un altro liquido omogeneo. All'equazione Benjamin - conduce allo studio dello strato limite transzonico.

Le equazioni con soluzioni Soliton includono anche l'equazione nata - INFELDA

avere applicazioni nella teoria del campo. Ci sono altre soluzioni Soliton.

Soliton descritto dall'equazione KDV è caratterizzata in modo univoco da due parametri: velocità e posizione del massimo in un punto fisso nel tempo.

Soliton descritto dall'equazione di Hirota

decisamente caratterizzato da quattro parametri.

A partire dal 1960, un certo numero di problemi fisici ha colpito lo sviluppo della teoria del Soliton. La teoria della trasparenza auto-indotta è stata proposta e vengono presentati risultati sperimentali, è confermato.

Nel 1967, il metodo per ottenere una soluzione accurata dell'equazione KDV è stata trovata nella bobina e sui co-autori - il metodo del cosiddetto problema di dispersione inverso. L'essenza del metodo del problema di dispersione inverso è quello di sostituire l'equazione risolta (ad esempio, l'equazione KDV) da parte del sistema di altre equazioni lineari la cui soluzione è facilmente posizionata.

Lo stesso metodo nel 1971 dagli scienziati sovietici V.E. Zakharov e A. B.Shabat è stato deciso da Nosh.

Le applicazioni della teoria solitaria sono attualmente utilizzate nello studio delle linee di trasmissione del segnale con elementi non lineari (diodi, bobine di resistenza), strato di frontiera, atmosfere di pianeti (grande punto rosso di Giove), onde di tsunami, processi a onde plasmatiche, nella teoria del campo , fisica solida, termofisica di stati estremi di sostanze, quando si studiano nuovi materiali (ad esempio, i contatti Josephson costituiti da separati da due strati dielettrici di metallo superconduttore), quando si creano modelli di reticoli di cristallo, in ottica, biologia e molti altri. Si suggerisce che i nervi che gestiscono i nervi - solitoni.

Attualmente descrivevano varietà di solitoni e alcune combinazioni di questi, per esempio:

antisoliton - Soliton di ampiezza negativa;

a Brizer (Doublet) - un paio di soliton - antisoliton (figura 2);

multitoliton - diversi soliti che si muovono nel suo complesso;

flyuxon - un quantum di flusso magnetico, analogico di soliton in contatti Josephson distribuiti;

kink (monopol), dal kink inglese - flessione.

Formalmente, Kink può essere introdotto come una soluzione delle equazioni KDV, NOS, SG, descritta da tangente iperbolico (Fig. 3). Modifica del segno di una soluzione di tipo "Kink" all'opposto dà "anti-auto".

I Kinks sono stati trovati nel 1962 dal British Perrest e Smimarmo con un numero numerico (su un computer) che risolve l'equazione SG. Pertanto, i Kincins furono scoperti prima del nome di Soliton. Si è scoperto che la collisione del film non ha portato alla loro distruzione reciproca, né alla successiva verificarsi di altre onde: i canali, mostravano così le proprietà dei solitoni, tuttavia, il nome del Kink è stato consolidato dalle onde di questo genere.

I solitoni possono anche essere bidimensionali e tridimensionali. Lo studio dei solitoni non domestici è stato complicato dalle difficoltà delle prove della loro sostenibilità, ma sono state ottenute di recente osservazioni sperimentali di solitoni non domestici (ad esempio, solidioni a ferro di cavallo sul film fluindo liquido viscoso, studiato da VI SpeziaShvili e O . Yu. Svuelodumb). Soluzioni soluzioni bidimensionali hanno l'equazione Kadomtsev - Perviashvili utilizzata, ad esempio, per descrivere le onde acustiche (audio):

Tra le soluzioni conosciute di questa equazione - Vortini o solitoni non accurati (Vortex è la conduzione del mezzo in cui le sue particelle hanno una velocità di rotazione angolare relativa ad alcuni assi). Solitons di questo tipo, trovato teoricamente e modellato in laboratorio, può sorgere spontaneamente nelle atmosfere dei pianeti. Secondo le sue proprietà e le sue condizioni dell'esistenza di un solital-whirlwind è simile alle meravigliose caratteristiche dell'atmosfera di Giove - il grande punto rosso.

I solitoni sono formazioni significativamente non lineari e sono ugualmente fondamentali come onde lineari (deboli) (ad esempio, suono). Creare una teoria lineare, in gran parte, opere dei classici di Bernhard Riemann (1826-1866), Augusten Cauchy (1789-1857), Jean Joseph Fourier (1768-1830) ha permesso di risolvere compiti importanti che si trovavano prima del tempo tempo. Con l'aiuto dei solitoni, è possibile trovare nuove questioni fondamentali quando si considerano problemi scientifici moderni.

Andrei Bogdanov.