سوليتون

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
موجة منفردة في قناة موجية مختبرية

في الرياضيات والفيزياء ، السوليتون عبارة عن حزمة موجية غير خطية، ذاتية التعزيز، وموضعية ، تتميز باستقرارها الشديد ، إذ تحافظ على شكلها أثناء انتشارها الحر بسرعة ثابتة، وتستعيده حتى بعد تصادمها مع حزم موجية موضعية أخرى مماثلة. يُعزى استقرارها الملحوظ إلى التوازن الدقيق بين التأثيرات غير الخطية والتشتتية في الوسط. [ ملاحظة 1 ] وقد وُجد لاحقًا أن السوليتونات توفر حلولًا مستقرة لفئة واسعة من المعادلات التفاضلية الجزئية التشتتية غير الخطية الضعيفة التي تصف الأنظمة الفيزيائية.

وُصفت ظاهرة السوليتون لأول مرة عام 1826 على يد جورجيو بيدوني ، إلا أن الباحثين في بريطانيا تجاهلوا هذا الاكتشاف إلى حد كبير. [ 1 ] ثم وُصفت مرة أخرى عام 1834 على يد جون سكوت راسل الذي لاحظ موجة منفردة في قناة الاتحاد في اسكتلندا. وقد أعاد إنتاج الظاهرة في حوض أمواج وأطلق عليها اسم " موجة الانتقال ". وفي وقت لاحق، صِيغت معادلة كورتيغ-دي فريس لنمذجة هذه الموجات، وصاغ نورمان زابوسكي ومارتن ديفيد كروسكال مصطلح " سوليتون " لوصف الحلول الموضعية والمستقرة بشدة والمنتشرة لهذه المعادلة. وكان الهدف من التسمية هو وصف الطبيعة المنفردة للموجات، حيث يُشير اللاحقة "on" إلى استخدامها لوصف جسيمات مثل الإلكترونات والباريونات والهادرونات ، مما يعكس سلوكها الشبيه بالجسيمات الذي لوحظ . [ 2 ]

تعريف

يصعب إيجاد تعريف واحد متفق عليه للسوليتون. وقد نسب درازين وجونسون (1989 ، ص 15) ثلاث خصائص للسوليتونات: 

  1. وهي ذات شكل دائم؛
  2. وهي متمركزة داخل منطقة معينة؛
  3. يمكنها التفاعل مع السوليتونات الأخرى، والخروج من التصادم دون تغيير، باستثناء تغير في الطور .

توجد تعريفات أكثر رسمية، لكنها تتطلب قدراً كبيراً من الرياضيات. علاوة على ذلك، يستخدم بعض العلماء مصطلح "سوليتون " لوصف ظواهر لا تمتلك هذه الخصائص الثلاث تماماً (على سبيل المثال، غالباً ما تُسمى " رصاصات الضوء " في البصريات غير الخطية بالسوليتونات على الرغم من فقدانها للطاقة أثناء التفاعل). [ 3 ]

توضيح

سوليتون غلاف القطع الزائد (sech) لموجات الماء: الخط الأزرق هو إشارة الحامل ، بينما الخط الأحمر هو سوليتون الغلاف .

يمكن أن يتفاعل التشتت واللاخطية لإنتاج أشكال موجية دائمة وموضعية . لنفترض نبضة ضوئية تنتقل عبر الزجاج. يمكن اعتبار هذه النبضة مكونة من ضوء بترددات مختلفة. ولأن الزجاج يُظهر تشتتًا، فإن هذه الترددات المختلفة تنتقل بسرعات متفاوتة، وبالتالي يتغير شكل النبضة بمرور الوقت. ومع ذلك، يحدث أيضًا تأثير كير اللاخطي؛ إذ يعتمد معامل انكسار المادة عند تردد معين على سعة الضوء أو شدته. إذا كان للنبضة الشكل المناسب تمامًا، فإن تأثير كير يلغي تأثير التشتت تمامًا، ولا يتغير شكل النبضة بمرور الوقت. وهكذا، تُسمى النبضة سوليتون. انظر السوليتون (في علم البصريات) لمزيد من التفاصيل.

تمتلك العديد من النماذج القابلة للحل الدقيق حلولًا منفردة، بما في ذلك معادلة كورتيغ-دي فريس ، ومعادلة شرودنغر غير الخطية ، ومعادلة شرودنغر غير الخطية المقترنة، ومعادلة ساين-غوردون . تُستخلص الحلول المنفردة عادةً باستخدام تحويل التشتت العكسي ، ويعود استقرارها إلى قابلية تكامل معادلات المجال. تُعدّ النظرية الرياضية لهذه المعادلات مجالًا واسعًا ونشطًا للغاية في البحث الرياضي.

تُعدّ بعض أنواع المد والجزر ، وهي ظاهرة موجية تحدث في بعض الأنهار بما فيها نهر سيفرن ، "موجية": جبهة موجية تتبعها سلسلة من الموجات الانفرادية. وتحدث موجات انفرادية أخرى كموجات داخلية تحت سطح البحر ، تنشأ بفعل تضاريس قاع البحر ، وتنتشر على طبقة التغير الحراري المحيطي . كما توجد موجات انفرادية جوية، مثل سحابة مجد الصباح في خليج كاربنتاريا ، حيث تُنتج موجات انفرادية ضغطية تنتقل في طبقة انعكاس حراري سحبًا أسطوانية خطية واسعة . ويقترح نموذج الموجات الانفرادية الحديث، والذي لم يحظَ بقبول واسع في علم الأعصاب ، تفسير توصيل الإشارات داخل الخلايا العصبية على أنه موجات انفرادية ضغطية.

السوليتون الطوبولوجي ، أو ما يُسمى أيضًا بالعيب الطوبولوجي، هو أي حل لمجموعة من المعادلات التفاضلية الجزئية يكون مستقرًا ضد التحلل إلى "الحل التافه". يعود استقرار السوليتون إلى القيود الطوبولوجية، وليس إلى قابلية تكامل معادلات المجال. تنشأ هذه القيود دائمًا تقريبًا لأن المعادلات التفاضلية يجب أن تخضع لمجموعة من الشروط الحدية ، وللحدود زمرة تماثل غير تافهة ، تحافظ عليها المعادلات التفاضلية. وبالتالي، يمكن تصنيف حلول المعادلات التفاضلية إلى فئات تماثل .

لا يوجد تحويل مستمر يحوّل السوليتون في فئة تماثلية إلى أخرى. السوليتونات متميزة حقًا، وتحافظ على سلامتها حتى في مواجهة قوى هائلة. من أمثلة السوليتونات الطوبولوجية: الانخلاع اللولبي في الشبكة البلورية ، ووتر ديراك والقطب المغناطيسي الأحادي في الكهرومغناطيسية ، والسكيرميون ونموذج ويس -زومينو-ويتن في نظرية الحقل الكمومي ، والسكيرميون المغناطيسي في فيزياء المادة المكثفة، والأوتار الكونية وجدران النطاقات في علم الكونيات .

تاريخ

لوحة تذكارية تُشير إلى ورشة جون سكوت راسل في 8 شارع ستافورد في إدنبرة

في عام 1826، وصف جورجيو بيدوني في تورينو الموجات المنفردة، [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] ولكن يبدو أن عمل بيدوني قد مر دون أن يلاحظه الباحثون في هولندا وبريطانيا، على الرغم من ذكره في مجلة إدنبرة للعلوم في نفس العام. [ 6 ]

في عام 1834، وصف جون سكوت راسل موجة الترجمة التي شهدها : [ ملاحظة 2 ] [ ملاحظة 3 ]

كنتُ أراقب حركة قاربٍ تجرّه خيولٌ بسرعةٍ على طول قناةٍ ضيقة، عندما توقف القارب فجأةً  ، لكن كتلة الماء التي حركها في القناة لم تتوقف؛ فقد تجمعت حول مقدمة القارب في حالة اضطرابٍ شديد، ثم اندفعت فجأةً بسرعةٍ هائلةٍ تاركةً إياه خلفها، متخذةً شكلَ كتلةٍ كبيرةٍ منعزلة، مستديرةٍ وناعمةٍ وواضحة المعالم، استمرت في مسارها على طول القناة دون تغييرٍ في شكلها أو تباطؤٍ في سرعتها على ما يبدو. تبعتها على ظهر حصاني، ولحقتُ بها وهي لا تزال تتدحرج بسرعةٍ تتراوح بين ثمانيةٍ وتسعة أميالٍ في الساعة، محافظةً على شكلها الأصلي الذي يبلغ طوله حوالي ثلاثين قدمًا وارتفاعه من قدمٍ إلى قدمٍ ونصف. انخفض ارتفاعها تدريجيًا، وبعد مطاردةٍ لمسافة ميلٍ أو ميلين، فقدتُ أثرها في منعطفات القناة. هكذا، في شهر أغسطس من عام 1834، كانت أول صدفةٍ لي مع تلك الظاهرة الفريدة والجميلة التي أسميتها موجة الانتقال. [ 7 ]

أمضى سكوت راسل بعض الوقت في إجراء دراسات عملية ونظرية حول هذه الأمواج. وقد بنى أحواضًا للأمواج في منزله ولاحظ بعض الخصائص الرئيسية:

  • الأمواج مستقرة، ويمكنها أن تنتقل لمسافات كبيرة جدًا (الأمواج العادية تميل إما إلى أن تصبح مسطحة، أو أن تصبح شديدة الانحدار وتنهار).
  • تعتمد السرعة على حجم الموجة، ويعتمد عرضها على عمق الماء.
  • على عكس الموجات العادية، فإنها لن تندمج أبدًا  - لذلك تتجاوز الموجة الكبيرة موجة صغيرة، بدلاً من أن تتحد الموجتان.
  • إذا كانت الموجة كبيرة جدًا بالنسبة لعمق الماء، فإنها تنقسم إلى قسمين، أحدهما كبير والآخر صغير.

بدت أعمال سكوت راسل التجريبية متعارضة مع نظريات إسحاق نيوتن ودانيال برنولي في الديناميكا المائية . واجه جورج بيدل إيري وجورج غابرييل ستوكس صعوبة في قبول ملاحظات سكوت راسل التجريبية لأنها لم تكن قابلة للتفسير بنظريات موجات الماء السائدة آنذاك. وقدّم هنري بازين ملاحظات إضافية عام 1862 بعد تجارب أجراها في قناة بورغون بفرنسا. [ 8 ] أمضى معاصروهم بعض الوقت في محاولة توسيع النظرية، ولكن لم يتم التوصل إلى معالجة نظرية وحلول إلا في سبعينيات القرن التاسع عشر على يد جوزيف بوسينسك [ 9 ] واللورد رايلي . [ ملاحظة 4 ] وفي عام 1895، قدّم ديدريك كورتيغ وغوستاف دي فريس ما يُعرف الآن بمعادلة كورتيغ-دي فريس ، والتي تتضمن حلولًا للموجات الانفرادية والموجات الكنويدية الدورية . [ 10 ] [ ملاحظة 5 ]

رسم متحرك يوضح تجاوز موجتين منفردتين وفقًا لمعادلة بنجامين-بونا-ماهوني (معادلة BBM)، وهي معادلة نموذجية (من بين أمور أخرى) لموجات الجاذبية السطحية الطويلة . يبلغ ارتفاع الموجتين المنفردتين 1.2 و0.6 على التوالي، وسرعتهما 1.4 و1.2.
الرسم البياني العلوي خاص بإطار مرجعي يتحرك بمتوسط ​​سرعة الموجات المنفردة.
يُظهر الرسم البياني السفلي (بمقياس رأسي مختلف وفي إطار مرجعي ثابت) الذيل التذبذبي الناتج عن التفاعل. [ 11 ] وبالتالي، فإن حلول الموجة المنفردة لمعادلة BBM ليست موجات منفردة.

في عام 1965، أثبت نورمان زابوسكي من مختبرات بيل ومارتن كروسكال من جامعة برينستون لأول مرة سلوك السوليتون في الأوساط الخاضعة لمعادلة كورتيغ-دي فريس (معادلة KdV) في دراسة حسابية باستخدام منهج الفروق المحدودة . كما أوضحا كيف يفسر هذا السلوك العمل السابق المحيرة لفيرمي وباستا وأولام وتسينغو . [ 2 ]

في عام 1967، اكتشف غاردنر وغرين وكروسكال وميورا تحويلاً عكسياً للتشتت مكّن من الحل التحليلي لمعادلة كورتيغ-دي فريس. [ 12 ] ومنذ ذلك الحين، وسّع عمل بيتر لاكس على أزواج لاكس ومعادلة لاكس نطاق هذا الحل ليشمل حل العديد من الأنظمة المولدة للسوليتونات ذات الصلة.

تُعرَّف السوليتونات بأنها موجات لا تتغير في شكلها وسرعتها عند اصطدامها بسوليتونات أخرى. [ 13 ] لذا، فإن الموجات المنفردة على سطح الماء تُعتبر قريبة من السوليتونات، ولكنها ليست كذلك تمامًا؛ فبعد تفاعل موجتين منفردتين (متصادمتين أو متداخلتين)، يتغير سعتها قليلًا، ويتبقى أثر تذبذبي. [ 14 ]

تُدرس السوليتونات أيضًا في ميكانيكا الكم، نظرًا لقدرتها على توفير أساس جديد لها من خلال برنامج دي بروي غير المكتمل، المعروف باسم "نظرية الحل المزدوج" أو "ميكانيكا الموجات غير الخطية". هذه النظرية، التي طورها دي بروي عام 1927 وأُعيد إحياؤها في خمسينيات القرن العشرين، هي امتداد طبيعي لأفكاره التي طورها بين عامي 1923 و1926، والتي وسّعت ازدواجية الموجة والجسيم التي قدمها ألبرت أينشتاين لكمات الضوء ، لتشمل جميع جسيمات المادة. وقد تم إثبات رصد سوليتون موجة الجاذبية السطحية المتسارعة للماء باستخدام جهد خطي هيدروديناميكي خارجي في عام 2019. كما أثبتت هذه التجربة أيضًا إمكانية إثارة وقياس أطوار السوليتونات الباليستية. [ 15 ]

في الألياف البصرية

أُجريت العديد من التجارب باستخدام السوليتونات في تطبيقات الألياف الضوئية. تُوصف السوليتونات في نظام الألياف الضوئية بمعادلات ماناكوف . يُمكّن الاستقرار المتأصل للسوليتونات من الإرسال لمسافات طويلة دون الحاجة إلى مُكرِّرات ، وقد يُضاعف سعة الإرسال أيضًا. [ 16 ]

سنةاكتشاف
1973كان أكيرا هاسيغاوا من مختبرات AT&T Bell أول من اقترح إمكانية وجود السوليتونات في الألياف الضوئية ، نتيجةً للتوازن بين تعديل الطور الذاتي والتشتت الشاذ . [ 17 ] وفي عام 1973، قدم روبن بولوغ أول تقرير رياضي عن وجود السوليتونات الضوئية. كما اقترح فكرة نظام نقل قائم على السوليتونات لتحسين أداء الاتصالات الضوئية .
1987قام إمبليت وآخرون (1987)  - من جامعتي بروكسل وليموج  - بأول ملاحظة تجريبية لانتشار السوليتون المظلم في الألياف البصرية.
1988قام لين إف. موليناور وفريقه بنقل نبضات السوليتون لمسافة تزيد عن 4000 كيلومتر باستخدام ظاهرة تسمى تأثير رامان ، سميت على اسم السير سي في رامان الذي وصفها لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي، لتوفير كسب بصري في الألياف.
1991نجح فريق بحثي من مختبرات بيل في نقل إشارات السوليتون دون أخطاء بسرعة 2.5 جيجابت في الثانية عبر مسافة تزيد عن 14000 كيلومتر، باستخدام مضخمات ألياف بصرية من الإربيوم (أجزاء موصولة من ألياف بصرية تحتوي على عنصر الإربيوم النادر). تعمل أشعة الليزر المضخّة، الموصولة بالمضخمات البصرية، على تنشيط الإربيوم، مما يُنشّط نبضات الضوء.
1998قام تيري جورج وفريقه في مركز البحث والتطوير التابع لشركة فرانس تيليكوم ، من خلال الجمع بين السوليتونات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة ( تقسيم الطول الموجي )، بعرض نقل بيانات مركب يبلغ 1 تيرابت في الثانية (1,000,000,000,000 وحدة من المعلومات في الثانية)، وهو أمر لا ينبغي الخلط بينه وبين تيرابت إيثرنت.

لم تُترجم التجارب المذهلة المذكورة أعلاه إلى تطبيقات عملية لأنظمة السوليتون التجارية، سواءً في الأنظمة الأرضية أو البحرية، ويعود السبب الرئيسي إلى اضطراب غوردون-هاوس (GH) . يتطلب هذا الاضطراب حلولًا تعويضية متطورة ومكلفة، مما يجعل إرسال السوليتون بتقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) في الميدان غير مُجدٍ، مقارنةً بنموذج الإرسال التقليدي غير العائد إلى الصفر/العائد إلى الصفر. علاوة على ذلك، فإن احتمال اعتماد تقنيات تعديل الطور/QAM الأكثر كفاءة طيفيًا في المستقبل يجعل إرسال السوليتون أقل جدوى، بسبب تأثير غوردون-موليناور. ونتيجةً لذلك، ظل إرسال السوليتون عبر الألياف الضوئية لمسافات طويلة مجرد تجربة مخبرية.

2000تنبأ ستيفن كونديف بوجود سوليتون متجه في تجويف ألياف ثنائي الانكسار، حيث يتم قفل النمط بشكل سلبي من خلال مرآة امتصاص مشبعة شبه موصلة (SESAM). ويمكن أن تكون حالة استقطاب هذا السوليتون المتجه إما دوارة أو ثابتة، وذلك تبعًا لمعاملات التجويف. [ 18 ]
2008لاحظ دي واي تانغ وآخرون شكلاً جديداً من السوليتونات المتجهة ذات الرتبة الأعلى من منظور التجارب والمحاكاة العددية. وقد بحثت مجموعته أنواعاً مختلفة من السوليتونات المتجهة وحالة استقطابها. [ 19 ]

في علم الأحياء

قد تحدث السوليتونات في البروتينات [ 20 ] والحمض النووي DNA. [ 21 ] ترتبط السوليتونات بالحركة الجماعية منخفضة التردد في البروتينات والحمض النووي DNA . [ 22 ]

يقترح نموذجٌ طُوِّر حديثًا في علم الأعصاب أن الإشارات، على شكل موجات كثافة، تنتقل داخل الخلايا العصبية على شكل سوليتونات. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] ويمكن وصف السوليتونات بأنها نقل طاقة شبه كامل في السلاسل أو الشبكات الجزيئية الحيوية، على شكل انتشار موجي لاضطرابات توافقية وإلكترونية مقترنة. [ 26 ]

في فيزياء المواد

يمكن أن تظهر السوليتونات في مواد مثل المواد الكهروإجهادية على شكل جدران نطاقية. تُظهر المواد الكهروإجهادية استقطابًا تلقائيًا، أو ثنائيات أقطاب كهربائية، مرتبطة بتكوينات بنية المادة. يمكن أن تتواجد نطاقات ذات استقطابات متعاكسة داخل مادة واحدة، حيث تكون التكوينات البنيوية المقابلة للاستقطابات المتعاكسة متساوية في الاستقرار في غياب أي قوى خارجية. تُعد حدود النطاقات، أو "الجدران"، التي تفصل هذه التكوينات البنيوية المحلية مناطق من الانخلاعات الشبكية . [ 27 ] يمكن لجدران النطاقات أن تنتشر مع الاستقطابات، وبالتالي، يمكن للتكوينات البنيوية المحلية أن تتغير داخل النطاق عند تطبيق قوى مثل الانحياز الكهربائي أو الإجهاد الميكانيكي. ونتيجة لذلك، يمكن وصف جدران النطاقات بأنها سوليتونات، وهي مناطق منفصلة من الانخلاعات قادرة على الانزلاق أو الانتشار مع الحفاظ على شكلها في العرض والطول. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]  

في الدراسات الحديثة، لوحظت خاصية الاستقطاب الكهربائي في طبقات ثنائية ملتوية من مواد فان دير فالس ، مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم والجرافين . [ 27 ] [ 31 ] [ 32 ] تُولّد الشبكة الفائقة المتموجة ، الناتجة عن زاوية الالتواء النسبية بين طبقات فان دير فالس الأحادية، مناطق ذات ترتيبات تكديس ذرية مختلفة داخل الطبقات. تُظهر هذه المناطق تكوينات هيكلية تكسر تناظر الانعكاس، مما يُتيح الاستقطاب الكهربائي عند سطح التماس بين هذه الطبقات الأحادية. تتكون جدران النطاقات التي تفصل هذه المناطق من انخلاعات جزئية ، حيث تتعرض الشبكة لأنواع مختلفة من الإجهادات، وبالتالي الانفعالات. وقد لوحظ أنه يمكن بدء انتشار السوليتون أو جدار النطاق عبر طول متوسط ​​من العينة (من رتبة النانومترات إلى الميكرومترات) بتطبيق إجهاد من طرف مجهر القوة الذرية على منطقة ثابتة. ينقل انتشار السوليتون الاضطراب الميكانيكي مع فقدان ضئيل للطاقة عبر المادة، مما يتيح تبديل النطاقات بطريقة تشبه الدومينو. [ 29 ]

لوحظ أيضاً أن نوع الانخلاعات الموجودة على الجدران يؤثر على معايير الانتشار، مثل الاتجاه. فعلى سبيل المثال، أظهرت قياسات المجهر النفقي الماسح أربعة أنواع من الإجهادات بدرجات متفاوتة من القص والضغط والشد على جدران النطاقات، وذلك تبعاً لنوع ترتيب التراص الموضعي في طبقة الجرافين الملتوية. وتتحقق اتجاهات انزلاق مختلفة للجدران باختلاف أنواع الإجهادات الموجودة على النطاقات، مما يؤثر على اتجاه انتشار شبكة السوليتون. [ 29 ]

يمكن أن تؤثر العوامل غير المثالية، مثل اضطرابات شبكة السوليتون والشوائب السطحية، على انتشار السوليتون أيضًا. قد تلتقي جدران النطاقات عند العقد وتُثبّت فعليًا، مُشكّلةً نطاقات مثلثة، والتي لوحظت بسهولة في العديد من أنظمة الطبقات الثنائية الملتوية الكهروإجهادية. [ 27 ] بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تُعيق الحلقات المغلقة لجدران النطاقات، التي تُحيط بنطاقات استقطاب متعددة، انتشار السوليتون، وبالتالي، تبديل الاستقطابات عبرها. [ 29 ] كما يمكن أن تنتشر جدران النطاقات وتلتقي عند التجاعيد وعدم تجانس السطح داخل طبقات فان دير فالس، والتي يمكن أن تعمل كعوائق تُعيق الانتشار. [ 29 ]

في المغناطيس

توجد في المغناطيسات أنواع مختلفة من السوليتونات وغيرها من الموجات غير الخطية. [ 33 ] تُعد هذه السوليتونات المغناطيسية حلاً دقيقاً للمعادلات التفاضلية غير الخطية الكلاسيكية  - المعادلات المغناطيسية، مثل معادلة لانداو-ليفشيتز ، ونموذج هايزنبرغ المتصل ، ومعادلة إيشيموري ، ومعادلة شرودنغر غير الخطية ، وغيرها.

في الفيزياء النووية

قد تُظهر النوى الذرية سلوكًا انفراديًا. [ 34 ] يُتوقع هنا أن توجد الدالة الموجية النووية بأكملها على شكل انفراد في ظل ظروف معينة من درجة الحرارة والطاقة. ويُعتقد أن هذه الظروف موجودة في لب بعض النجوم، حيث لا تتفاعل النوى بل تمر عبر بعضها البعض دون تغيير، محتفظةً بموجاتها الانفرادية من خلال التصادم بين النوى.

نموذج سكيرم هو نموذج للنوى حيث تعتبر كل نواة حلاً سوليتونياً مستقراً طوبولوجياً لنظرية المجال مع عدد باريون محفوظ.

بيونز

تُعرف الحالة المرتبطة لاثنين من السوليتونات باسم " بيون" [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] ، أو في الأنظمة التي تتذبذب فيها الحالة المرتبطة دوريًا، باسم "التنفس" . يمكن استخدام قوى التداخل بين السوليتونات في تكوين البيونات [ 39 ] . مع ذلك، تتأثر هذه القوى بشدة بأطوارها النسبية. بدلاً من ذلك، يمكن تكوين الحالة المرتبطة للسوليتونات عن طريق تزويد الذرات بمستويات ريدبيرغ عالية الإثارة [ 38 ] . يتميز شكل الجهد الناتج ذاتيًا [ 38 ] بنواة داخلية جاذبة ناعمة تدعم السوليتون ثلاثي الأبعاد المحصور ذاتيًا، وغلاف تنافري وسيط (حاجز) يمنع اندماج السوليتونات، وطبقة خارجية جاذبة (بئر) تُستخدم لإكمال الحالة المرتبطة، مما ينتج عنه جزيئات سوليتون عملاقة مستقرة. في هذه الطريقة، يمكن التحكم ديناميكيًا في المسافة وحجم كل سوليتون في الجزيء عن طريق ضبط الليزر.

في نظرية الحقول، يُشير مصطلح "بيون" عادةً إلى حل نموذج بورن-إنفيلد . ويبدو أن جي دبليو جيبونز هو من صاغ هذا الاسم لتمييز هذا الحل عن السوليتون التقليدي، الذي يُفهم على أنه حل منتظم ذو طاقة محدودة (ومستقر عادةً) لمعادلة تفاضلية تصف نظامًا فيزيائيًا ما. [ 40 ] تعني كلمة "منتظم" حلاً سلسًا لا يحمل أي مصادر على الإطلاق. ومع ذلك، لا يزال حل نموذج بورن-إنفيلد يحمل مصدرًا على شكل دالة ديراك دلتا عند نقطة الأصل. ونتيجةً لذلك، يُظهر تفردًا عند هذه النقطة (على الرغم من أن المجال الكهربائي منتظم في كل مكان). في بعض السياقات الفيزيائية (مثل نظرية الأوتار)، قد تكون هذه السمة مهمة، مما حفّز على استحداث اسم خاص لهذه الفئة من السوليتونات.

من ناحية أخرى، عند إضافة الجاذبية (أي عند النظر في اقتران نموذج بورن-إنفيلد بالنسبية العامة) يسمى الحل المقابل EBIon ، حيث يرمز الحرف "E" إلى أينشتاين.

طريق ألكوبيير

تم اقتراح استخدام السوليتونات كوسيلة لتشغيل محرك ألكوبيير دون الحاجة إلى كتلة سالبة . [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] ومع ذلك، فقد وُجد أن هذا يخالف قوانين الفيزياء المعروفة. [ 44 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ التأثيرات التشتتية هي خاصية لبعض الأنظمة حيث تعتمد سرعة الموجة على ترددها.
  2. ↑ يُقصد بـ"الانتقال" هنا وجود نقل حقيقي للكتلة، مع أن الماء المنقول من أحد طرفي القناة إلى الطرف الآخر ليس هو نفسه الذي تنتقله "موجة الانتقال". بل إن كتلة من السائل تكتسب زخمًا أثناء مرور الموجة المنفردة، ثم تستقر بعد مرورها. لكن كتلة السائل تكون قد أُزيحت بشكل ملحوظ إلى الأمام خلال هذه العملية - بفعل انجراف ستوكس في اتجاه انتشار الموجة. والنتيجة هي نقل صافٍ للكتلة. عادةً ما يكون نقل الكتلة من جانب إلى آخر ضئيلاً في حالة الموجات العادية.
  3. ↑ تم تكرار هذه الفقرة في العديد من الأوراق والكتب حول نظرية السوليتون.
  4. نشر اللورد رايلي بحثًا في مجلة الفلسفة عام ١٨٧٦ لدعم الملاحظة التجريبية لجون سكوت راسل بنظريته الرياضية. في بحثه، ذكر اللورد رايلي اسم سكوت راسل، وأقرّ أيضًا بأن أول معالجة نظرية كانت من قِبل جوزيف فالنتين بوسينسك عام ١٨٧١. وقد ذكر جوزيف بوسينسك اسم راسل في بحثه عام ١٨٧١. وهكذا، اعتُبرت ملاحظات سكوت راسل حول السوليتونات صحيحة من قِبل بعض العلماء البارزين خلال حياته (١٨٠٨-١٨٨٢).
  5. لم يذكر كورتويج ودي فريس اسم جون سكوت راسل إطلاقاً في بحثهما المنشور عام 1895، لكنهما استشهدا ببحث بوسينسك المنشور عام 1871 وبحث اللورد رايلي المنشور عام 1876. لم يكن بحث كورتويج ودي فريس عام 1895 أول معالجة نظرية لهذا الموضوع، ولكنه كان علامة فارقة في تاريخ تطور نظرية السوليتون.

مراجع

  1. 1 2 بيدوني، ج. (1826). "تجارب على الانتفاخ وانتشار الموجات " . Memorie della Reale Academia delle Scienze di Torino (باللغة الفرنسية). 25 : 21 – 112 . تم الاسترجاع في 5 أغسطس 2023 .
  2. 1 2 زابوسكي وكروسكال (1965)
  3. ↑ "رصاصات خفيفة" .
  4. ^ جودا، ي. (1999). 「波動問題」の歴史的変遷[ حول التطور التاريخي للنظرية الرياضية لموجات المياه ] (PDF) (باللغة اليابانية). طوكيو: الجمعية اليابانية للمهندسين المدنيين . تم الاسترجاع في 5 أغسطس 2023 .
  5. ↑ غودا، ي. (1999). "حول التطور التاريخي للنظرية الرياضية لأمواج المياه" . مجموعة محاضرات الدورة التدريبية الصيفية الخامسة والثلاثين، لجنة هندسة السواحل التابعة للجمعية اليابانية للمهندسين المدنيين . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أغسطس 2023 - عبر مستودع جامعة دلفت للتكنولوجيا.
  6. ↑ بريستر، د. (1826). مجلة إدنبرة للعلوم . إدوارد لوملي . تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2023 .
  7. ↑ سكوت راسل، ج. (1845). تقرير عن الأمواج: تم تقديمه إلى اجتماعات الجمعية البريطانية في 1842-1843 .
  8. ^ بازين، هنري (1862). "تجارب حول العناصر ونشرها عن بعد". Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences (باللغة الفرنسية). 55 : 353 – 357.
  9. ^ بوسينسق، ج. (1871). "نظرية النفخة السائلة تنطبق على العزلة أو الترجمة، تنتشر في قناة مستطيلة". سي آر أكاد. الخيال العلمي. باريس . 72 .
  10. ↑ كورتويج، دي جيه ؛ دي فريس، جي. (1895). "حول تغير شكل الموجات الطويلة المتقدمة في قناة مستطيلة، وحول نوع جديد من الموجات الطويلة الثابتة" . المجلة الفلسفية . 39 (240): 422-443 . doi : 10.1080/14786449508620739 .
  11. ↑ بونا، جيه إل ؛ بريتشارد، دبليو جي؛ سكوت، إل آر (1980). "تفاعل الموجات الانفرادية". فيزياء الموائع . 23 (3): 438-441 . Bibcode : 1980PhFl...23..438B . doi : 10.1063/1.863011 .
  12. ↑ غاردنر، كليفورد س.؛ غرين، جون م.؛ كروسكال، مارتن د.؛ ميورا، روبرت م. (1967). "طريقة لحل معادلة كورتيغ-دي فريس". رسائل المراجعة الفيزيائية . 19 (19): 1095-1097 . Bibcode : 1967PhRvL..19.1095G . doi : 10.1103/PhysRevLett.19.1095 .
  13. ↑ ريمواسينيه ، م. (1999). موجات تسمى السوليتونات: مفاهيم وتجارب . سبرينغر. ص 11. ISBN  978-3-540-65919-8.
  14. ↑ انظر على سبيل المثال:• ماكسورثي، ت. (1976). "تجارب على تصادمات الموجات المنفردة". مجلة ميكانيكا الموائع . 76 (1): 177-186 . Bibcode : 1976JFM....76..177M . doi : 10.1017/S0022112076003194 . S2CID 122969046 . • فينتون، جيه دي؛ رينيكر، إم إم (1982). "طريقة فورييه لحل مسائل الموجات المائية غير الخطية: تطبيق على تفاعلات الموجات الانفرادية". مجلة ميكانيكا الموائع . 118 : 411-443 . Bibcode : 1982JFM...118..411F . doi : 10.1017/S0022112082001141 . S2CID 120467035 . • كريغ، دبليو؛ غويين، بي؛ هاماك، جيه؛ هندرسون، دي؛ سوليم، سي. (2006). "تفاعلات موجات الماء المنفردة". فيزياء السوائل . 18 (57106): 057106–057106–25. Bibcode : 2006PhFl...18e7106C . doi : 10.1063/1.2205916 .
  15. ↑ جي جي روزينمان، أ. آري، ل. شيمر (2019). "ملاحظة حزم الموجات الانفرادية المتسارعة". مجلة الفيزياء E. 101 ( 5) 050201. doi : 10.1103/PhysRevE.101.050201 . PMID 32575227. S2CID 219506298 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  16. ↑ "الفوتونات تتقدم على جبهتين" . EETimes.com. 24 أكتوبر 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 فبراير 2011 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  17. ↑ فريد تابيرت (29 يناير 1998). "ذكريات عن أبحاث السوليتون البصري مع أكيرا هاسيغاوا" (PDF) .
  18. ↑ كونديف، إس تي؛ كولينجز، بي سي؛ أحمدييف، إن إن؛ سوتو-كريسبو، جيه إم؛ بيرغمان، كيه؛ نوكس، دبليو إتش (1999). "ملاحظة السوليتونات المتجهة المقيدة بالاستقطاب في الألياف البصرية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 82 (20): 3988. Bibcode : 1999PhRvL..82.3988C . doi : 10.1103/PhysRevLett.82.3988 . hdl : 10261/54313 .
  19. ↑ تانغ، دي واي؛ تشانغ، إتش؛ تشاو، إل إم؛ وو، إكس. (2008). "ملاحظة السوليتونات المتجهة عالية الرتبة والمقيدة بالاستقطاب في ليزر الألياف". رسائل المراجعة الفيزيائية . 101 (15) 153904. arXiv : 0903.2392 . Bibcode : 2008PhRvL.101o3904T . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.153904 . PMID 18999601. S2CID 35230072 .  
  20. ↑ دافيدوف، ألكسندر س. (1991). السوليتونات في الأنظمة الجزيئية . الرياضيات وتطبيقاتها (سلسلة سوفيتية). المجلد 61 ( الطبعة الثانية). دار نشر كلوير الأكاديمية. ISBN   978-0-7923-1029-7.
  21. ^ ياكوشيفيتش، لودميلا ف. (2004). الفيزياء غير الخطية للحمض النووي (الطبعة الثانية المنقحة ). وايلي-VCH. رقم ISBN  978-3-527-40417-9.
  22. ↑ سينكالا، ز. (أغسطس 2006). "نقل السوليتون/الإكسيتون في البروتينات". مجلة البيولوجيا النظرية 241 ( 4): 919-927 . Bibcode : 2006JThBi.241..919S . CiteSeerX 10.1.1.44.52 . doi : 10.1016/j.jtbi.2006.01.028 . PMID 16516929 .  
  23. ↑ هايمبورغ، ت.، جاكسون، أ.د. (12 يوليو 2005). "حول انتشار السوليتون في الأغشية الحيوية والأعصاب" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 102 ( 2): 9790-9795 . Bibcode : 2005PNAS..102.9790H . doi : 10.1073/pnas.0503823102 . PMC 1175000. PMID 15994235 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  24. ↑ هايمبورغ، ت.، جاكسون، أ.د. (2007). "حول جهد الفعل كنبضة كثافة منتشرة ودور المخدرات". رسائل المراجعة البيوفيزيائية 2 : 57-78 . arXiv : physics /0610117 . Bibcode : 2006physics..10117H . doi : 10.1142/S179304800700043X . S2CID 1295386 . {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  25. ↑ أندرسن، إس إس إل، جاكسون ، إيه دي، هايمبورغ، تي. (2009). "نحو نظرية ديناميكية حرارية لانتشار النبضات العصبية". بروغ. نيوروبيول . 88 (2): 104-113 . doi : 10.1016/j.pneurobio.2009.03.002 . PMID 19482227. S2CID 2218193 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  26. ↑ هاميروف، ستيوارت (1987). الحوسبة المطلقة: الوعي الجزيئي الحيوي وتكنولوجيا النانو . هولندا: دار نشر إلسيفير للعلوم، ص 18. ISBN  0-444-70283-0.
  27. 1 2 3 ويستون، أستريد؛ كاستانون، إيلي ج.؛ إنالديف، فلاديمير؛ فيريرا، فابيو؛ بهاتاشارجي، شوبهاديب؛ شو، شويجانج؛ كورت ليون، هيكتور؛ وو، زفي؛ كلارك، نيكولاس؛ سمرفيلد، أليكس. هاشيموتو، تيرو (أبريل 2022). “الكهرباء الحديدية البينية في أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد الملتوية بشكل هامشي” . تكنولوجيا النانو الطبيعة . 17 (4): 390– 395. أرخايف : 2108.06489 . بيب كود : 2022NatNa..17..390W . دوى : 10.1038/s41565-022-01072-ث . ردمك 1748-3395 . بمك 9018412 . PMID 35210566 .   
  28. ↑ ألدن، جوناثان س.؛ تسين، آدم و.؛ هوانغ، بينشان ي.؛ هوفدين، روبرت؛ براون، لولا؛ بارك، جيوونغ؛ مولر، ديفيد أ.؛ ماكوين، بول ل. (2013-07-09). "موجات الإجهاد الانفرادية والعيوب الطوبولوجية في الجرافين ثنائي الطبقة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 110 (28): 11256-11260 . arXiv : 1304.7549 . Bibcode : 2013PNAS..11011256A . doi : 10.1073/pnas.1309394110 . ISSN 0027-8424 . PMC 3710814. PMID 23798395 .   
  29. 1 2 3 4 5 تشانغ، شواي؛ شو، تشيانغ؛ هو، يوان؛ سونغ، ايشينغ؛ ما، يوان؛ جاو، لي؛ تشو، منجزين؛ ما، تيانباو؛ ليو، لوكي؛ فنغ، شي تشياو؛ لي ، كونيانغ (2022/04/21). "تبديل ترتيب التراص الشبيه بالدومينو في الجرافين أحادي الطبقة الملتوية - متعدد الطبقات" . مواد الطبيعة . 21 (6): 621– 626. بيب كود : 2022NatMa..21..621Z . دوى : 10.1038/s41563-022-01232-2 . ردمك 1476-4660 . بميد 35449221 . S2CID 248303403 .   
  30. ^ جيانغ، ليلى؛ وانغ، شنغ. شي، زيوين؛ جين، تشينهاو؛ أوتاما، م. إقبال باكتي؛ تشاو، سيهان؛ شين يوين رون. جاو، هونغ يونيو؛ تشانغ، قوانغيو. وانغ ، فنغ (2018/01/22). "التلاعب بعزلات جدار المجال في الجرافين ثنائي وثلاثي الطبقات" . تكنولوجيا النانو الطبيعة . 13 (3): 204– 208. بيب كود : 2018NatNa..13..204J . دوى : 10.1038/s41565-017-0042-6 . ردمك 1748-3387 . بميد 29358639 . S2CID 205567456 .   
  31. ↑ نام، نغوين ن.ت.؛ كوشينو، ميكيتو (16 مارس 2020). "تصحيح: استرخاء الشبكة وتعديل نطاق الطاقة في طبقة الجرافين الملتوية [ Phys. Rev. B 96 ، 075311 (2017) ] " . Physical Review B. 101 ( 9) 099901. Bibcode : 2020PhRvB.101i9901N . doi : 10.1103/physrevb.101.099901 . ISSN 2469-9950 . S2CID 216407866 .  
  32. ↑ داي، شويانغ؛ شيانغ، يانغ؛ سرولوفيتز، ديفيد ج. (22 أغسطس/آب 2016). "غرافين ثنائي الطبقات ملتوي: موير مع التواء". رسائل نانو . 16 (9): 5923-5927 . رمز Bibcode : 2016NanoL..16.5923D . doi : 10.1021/acs.nanolett.6b02870 . ISSN 1530-6984 . PMID 27533089 .  
  33. ↑ كوسيفيتش، أ.م .؛ غان، ف.ف.؛ جوكوف، أ.إ.؛ فورونوف، ف.ب. (1998). "حركة السوليتون المغناطيسي في مجال مغناطيسي غير منتظم" . مجلة الفيزياء التجريبية والنظرية . 87 (2): 401-407 . رمز Bibcode : 1998JETP...87..401K . doi : 10.1134/1.558674 . S2CID 121609608. مؤرشف من الأصل في 4 مايو 2018. تم الاسترجاع في 18 يناير 2019 . 
  34. ↑ إيواتا، يوريتاكا؛ ستيفنسون، بول (2019). "الاستعادة المشروطة لتناظر انعكاس الزمن في أنظمة متعددة النوى". المجلة الجديدة للفيزياء . 21 (4): 043010. arXiv : 1809.10461 . Bibcode : 2019NJPh...21d3010I . doi : 10.1088/1367-2630/ab0e58 . S2CID 55223766 . 
  35. ↑ بيلوفا، تي. آي.؛ كودريافتسيف، إيه. إي. (1997). "السوليتونات وتفاعلاتها في نظرية الحقل الكلاسيكية". مجلة الفيزياء - أوسبيخي . 40 (4): 359-386 . رمز Bibcode : 1997PhyU...40..359B . doi : 10.1070/pu1997v040n04abeh000227 . S2CID 250768449 . 
  36. ↑ غاني، ف.أ.؛ كودريافتسيف، أ.إ.؛ ليزونوفا، م.أ. (2014). "تفاعلات الانحناء في نموذج φ^6 ذي البعد (1+1)". مجلة Physical Review D. 89 ( 12) 125009. arXiv : 1402.5903 . Bibcode : 2014PhRvD..89l5009G . doi : 10.1103/PhysRevD.89.125009 . S2CID 119333950 . 
  37. ↑ غاني، ف.أ.؛ لينسكي، ف.؛ ليزونوفا، م.أ. (2015). "أطياف إثارة الانحناء في نموذج φ^8 ذي البعد (1+1)". مجلة فيزياء الطاقة العالية . 2015 (8): 147. arXiv : 1506.02313 . doi : 10.1007/JHEP08(2015)147 . ISSN 1029-8479 . S2CID 54184500 .  
  38. 1 2 3 خزالي، محمد صادق (2021-08-05). "تأثير ريدبيرغ الضوضائي وتطبيقاته في صنع جزيئات السوليتون وشبه البلورات القطراتية" . مجلة Physical Review Research . 3 (3) L032033. arXiv : 2007.01039 . Bibcode : 2021PhRvR...3c2033K . doi : 10.1103/PhysRevResearch.3.L032033 . S2CID 220301701 . 
  39. ↑ نغوين، جيسون إتش في؛ دايك، بول؛ لو، دي؛ مالوميد، بوريس أ.؛ هوليت، راندال جي. (2014-11-02). "تصادمات موجات المادة المنفردة". فيزياء الطبيعة . 10 (12): 918-922 . arXiv : 1407.5087 . Bibcode : 2014NatPh..10..918N . doi : 10.1038/nphys3135 . ISSN 1745-2473 . S2CID 85461409 .  
  40. ↑ جيبونز، جي دبليو (1998). "جسيمات بورن-إنفيلد وأغشية ديريشليه p ". الفيزياء النووية ب . 514 (3): 603-639 . arXiv : hep-th/9709027 . Bibcode : 1998NuPhB.514..603G . doi : 10.1016/S0550-3213(97)00795-5 . S2CID 119331128 . 
  41. ↑ «مركبة فضائية داخل "فقاعة الالتواء" قد تسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء، بحسب ما يدّعيه أحد الفيزيائيين» . عالم الفيزياء. ١٩ مارس ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٩ يونيو ٢٠٢١ .
  42. ↑ لينتز، إريك دبليو (8 أبريل 2021). "كسر حاجز الالتواء: السوليتونات فائقة السرعة في نظرية أينشتاين-ماكسويل-بلازما" . الجاذبية الكلاسيكية والكمية . 38 (7): 075015. arXiv : 2006.07125 . Bibcode : 2021CQGra..38g5015L . doi : 10.1088/1361-6382/abe692 . ISSN 0264-9381 . 
  43. ↑ بوبريك، أليكسي؛ مارتير، جياني (20 مايو 2021). "مقدمة في محركات الالتواء الفيزيائية" . الجاذبية الكلاسيكية والكمية . 38 (10): 105009. arXiv : 2102.06824 . Bibcode : 2021CQGra..38j5009B . doi : 10.1088/1361-6382/abdf6e . ISSN 0264-9381 . 
  44. ↑ سانتياغو، جيسيكا؛ شوستر، سيباستيان؛ فيسر، مات (23 مارس 2022). "محركات الالتواء العامة تنتهك شرط الطاقة الصفرية" . مجلة Physical Review D. 105 ( 6) 064038. arXiv : 2105.03079 . Bibcode : 2022PhRvD.105f4038S . doi : 10.1103/PhysRevD.105.064038 . ISSN 2470-0010 . 

للمزيد من القراءة

قريب لجون سكوت راسل
آخر