To σολιτόνιο

Σύμφωνα με την Κυματική το σολιτόνιο είναι ένα κύμα ή μια ομάδα κυμάτων που συνδυάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματισθεί ένα ενιαίο σύνθετο κύμα που μπορεί να διαδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς να διαχωρισθεί ή να χαθεί η αρχική μορφή του, ακόμα κι αν ταξιδεύει σε μεγάλες αποστάσεις. Το σολιτόνιο μπορεί να εμφανισθεί σε διάφορες μορφές κυμάτων όπως ηχητικά και φωτεινά κύματα. Ένα χαρακτηριστικό των σολιτονίων είναι ότι μπορούν να ενισχυθούν από άλλα σολιτόνια χωρίς να χάσουν το αρχικό τους σχήμα. Επιπλέον δεν χάνουν την ενέργεια τους, δεν διαχωρίζονται σε μικρότερες κυματικές μορφές, δεν εξασθενούν αφρίζοντας.

Κύμα σολιτονίου σε εργαστήριο

Το μεγαλύτερο σολιτόνιο είναι το τσουνάμι το οποίο λανθασμένα χαρακτηρίζεται ως παλιρροιακό κύμα. Το σολιτόνιο συνεχίζει την πορεία του μέχρι να προσκρούσει σε ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα όπου εξ αιτίας του μεγάλου μήκους κύματος του προκαλεί καταστροφικές συνέπειες.

John Scott Russell (1808-1882)
Η ανακάλυψη των σολιτονίων είναι μία από τις πιο απολαυστικές ιστορίες της επιστήμης και προέκυψε από μια τυχαία παρατήρηση. Τον Αύγουστο του 1834, ο Σκωτσέζος μηχανικός Τζον Σκοτ Ράσελ έτυχε να παρακολουθεί μια φορτηγίδα που μετακινούσαν άλογα κατά μήκος ενός καναλιού.

Όταν το καλώδιο έσπασε και η φορτηγίδα ξαφνικά σταμάτησε, ο Ράσελ παρατήρησε έκπληκτος έναν σχηματισμό σαν σαμαράκι στο νερό, τον οποίο περιέγραψε ως εξής: «Μια μάζα νερού μετακινήθηκε προς τα εμπρός με μεγάλη ταχύτητα, παίρνοντας τη μορφή ενός μεγάλου μεμονωμένου κύματος, ενός στρογγυλού, λείου και καλοσχηματισμένου υδάτινου όγκου, ο οποίος συνέχισε την πορεία του κατά μήκος του καναλιού χωρίς προφανώς να αλλάξει σχήμα ή να μειωθεί η ταχύτητά του. Το ακολούθησα πάνω στη ράχη του αλόγου μου και το ξεπέρασα ενόσω ακόμα κινούνταν με ρυθμό περίπου δεκατριών με δεκαπέντε χιλιομέτρων την ώρα, διατηρώντας το αρχικό του σχήμα που είχε μήκος περίπου 9 μέτρα και τριάντα με πενήντα εκατοστά ύψος. Το ύψος του σταδιακά μειώθηκε και ύστερα από μια καταδίωξη ενάμισι με τριών χιλιομέτρων το έχασα στις στροφές του καναλιού».

Ο Ράσελ στη συνέχεια πραγματοποίησε πειράματα σε μια δεξαμενή κυμάτων στο σπίτι του για να χαρακτηρίσει αυτά τα μυστηριώδη σολιτόνια (που ονόμασε κύμα μετάφρασης), βρίσκοντας ότι η ταχύτητα εξαρτάται από το μέγεθος του σολιτονίου. Δύο σολιτόνια διαφορετικού μεγέθους (και κατά συνέπεια διαφορετικής ταχύτητας) μπορούν να περάσουν το ένα μέσα από το άλλο, να αναδυθούν και να συνεχίσουν την κίνησή τους. Η συμπεριφορά των σολιτονίων έχει επίσης παρατηρηθεί και σε άλλα συστήματα, όπως το πλάσμα και η άμμος που ρέει. Για παράδειγμα, οι εγκάρσιες θίνες, που αποτελούνται από όγκους άμμου σε σχήμα τόξου, έχουν ειδωθεί να «περνούν» ο ένας μέσα από τον άλλο. Η Μεγάλη Κόκκινη Κηλίδα του Δία μπορεί επίσης να είναι ένα είδος σολιτονίου.

Σήμερα, τα σολιτόνια λαμβάνονται υπ’ όψιν σε πλήθος φαινομένων, από τη μετάδοση των νευρικών σημάτων έως τις επικοινωνίες που βασίζονται στα σολιτόνια στις οπτικές ίνες. Το 2008, αναφέρθηκε το πρώτο γνωστό μη μεταβαλλόμενο σολιτόνιο στο εξώτερο διάστημα που μετακινούνταν μέσα από το ιονισμένο αέριο που περιβάλλει τη Γη με ταχύτητα περίπου 8 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο.