每日科技名词|孤子

孤子

soliton

定义：在1个体系中可以恒定速度进行传播的定域激发，而不改变其形态的准粒子。

学科：化学_物理化学_光化学

相关名词：空间孤子 拓扑孤子 色散调控孤子 孤子激光器

来源：全国科学技术名词审定委员会

【延伸阅读】

孤子又称孤立子，是一类由非线性作用引起的横波。孤子的发现最早可以追溯到1834年。当年8月，苏格兰科学家、造船工程师约翰·罗素（John Russell）在英国格拉斯哥运河旁骑马时，发现了水面上出现了稳定的水波，水波以8~9英里/时的速度前行了1英里以上。1844年，他在第14届英国科学促进协会会议上公布了自己的发现，然而并没有引起科学界的重视。

1895年，荷兰数学家科特韦格（Korteweg）和德弗里斯（de Vries）在研究浅水中长波运动的过程中推导出了著名的科特韦格德弗里斯方程（KdV方程），从数学上肯定了罗素当年的发现，使得孤子逐渐走进了人们的视野。

与一般的水波相比，孤波最显著的特性是其稳定性和粒子性。简言之，两列孤波发生碰撞之后，二者会恢复原本的形状，且遵守动量守恒和能量守恒，也就是发生了弹性碰撞。很多经典的方程，如KdV方程、mKdV方程、非线性薛定谔方程、耦合非线性薛定谔方程、正弦—戈尔登方程、双曲正弦—戈尔登方程等，都具有孤子解。

孤子在量子力学、光信息传输、蛋白质结构等领域应用广泛。以光学为例，光孤子在光纤通信过程中可以保证传输稳定且不失真，具有广阔的应用前景。