250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 84)

Soliton

1834

John Scott Russell (1808–1882)

Soliton là một sóng đơn độc giữ được hình dạng của nó trong khi truyền đi những quãng đường lớn. Khám phá soliton là một trong những câu chuyện khoa học lôi cuốn nhất nảy sinh từ một quan sát nhân quả. Vào tháng Tám 1834, kĩ sư người Scotland John Scott Russell tình cờ chứng kiến một chiếc xà lan được ngựa kéo đi dọc theo một con kênh đào. Khi sợi cáp đứt và xà lan bất ngờ dừng lại, Russell sửng sốt thấy một con sóng hình thành giống cái bướu, ông tả nó như sau: “một khối nước cuộn về phía trước với vận tốc lớn, cứ cho đó là một đống nước dâng cao lên, đơn độc, tròn, nhẵn, rõ nét, nó tiếp tục tiến lên theo con kênh mà không thay đổi hình dạng hay giảm tốc độ. Tôi dõi theo nó từ trên lưng ngựa, và ước chừng nó cứ lăn đi ở tốc độ chừng tám hoặc chín dặm một giờ, giữ nguyên hình ảnh ban đầu của nó với chừng 30 foot dài và cao một đến một foot rưỡi. Độ cao của nó dần dần hạ xuống, và sau khi đuổi theo một hai dặm gì đó, tôi mất dấu nó ở chỗ uốn khúc của con kênh.”

Sau đó, Russell tiến hành các thí nghiệm trong một bể tạo sóng ở nhà ông nhằm đặc trưng hóa các soliton bí ẩn này (ông gọi nó là sóng tịnh tiến), ông tìm thấy rằng tốc độ lan truyền phụ thuộc vào kích cỡ của soliton. Hai soliton kích cỡ khác nhau (và do đó, vận tốc khác nhau) có thể truyền xuyên qua nhau, xuất hiện trở lại, và tiếp tục truyền tới. Hành trạng soliton cũng được quan sát thấy ở những hệ khác, ví dụ như plasma và cát chảy. Ví dụ, người ta từng chứng kiến các luống cát hình lưỡi liềm chảy “xuyên” qua nhau. Vết Đỏ Lớn của Mộc tinh cũng có thể là một kiểu soliton nào đó.

Ngày nay, soliton được xem xét trong nhiều hiện tượng đa dạng, từ sự truyền tín hiệu thần kinh cho đến các hệ thống truyền thông trên cơ sở soliton trong cáp quang. Vào năm 2008, soliton bất biến đầu tiên được biết trong không gian bên ngoài đã được tường thuật, nó đang chuyển động trong chất khí ion hóa bao xung quanh Trái Đất ở tốc độ chừng 5 dặm (8 km) mỗi giây.

XEM THÊM. Sóng độc (1826), Phân tích Fourier (1807), Tới hạn tự tổ chức (1987).

Các đụn cát lưỡi liềm trên sao Hỏa. Khi hai luống cát trên Trái Đất va nhau, chúng có thể tạo thành một luống chung, sau đó hồi phục lại hình dạng ban đầu của chúng. (Khi một đụn cát “băng qua” một đụn cát, các hạt không thật sự chuyển động qua nhau, nhưng hình dạng luống có thể giữ được.)

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp