Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Оставить в наименовании одно слово «уединенная» без подлежащего казалось неприемлемым. Тогда они решили вместо названия ввести термин, в котором объединились бы особенности объекта: его уединенность и его сходство с частицей. Так родился термин «солитрон». Начало его определяло свойство уединенности (петь соло, концерт для скрипки соло и т. п.). Вторая часть следовала принятым названиям микрочастиц. Например, электрон. Однако при написании статьи им стало известно, что слово «солитрон» занято. Такое название принадлежало одной из фирм. Чтобы избежать тяжбы о незаконном использовании «торговой марки», они в последний момент убрали из своего термина букву «р». Так родилось понятие «солитон»— уединенное образование, совмещающее свойства частицы со свойствами необычной волны.

Как это часто бывает в науке, оказалось, что С. Рассел, наблюдая в 1834 году волны при движении барж в одном из английских каналов, обнаружил удивительные уединенные волны, бегущие с постоянной скоростью и не изменяющие своей формы на больших расстояниях. Это была загадка, которую так и не удалось разгадать. Крупные ученые, пользовавшиеся всеобщим уважением, астроном Дж. Эри и специалист в области гидродинамики Д. Стоке отрицали возможность существования уединенных волн. Постепенно об этой загадке забыли. Лишь в 1895 году голландский ученый Д. И. Кортевег и его ученик Где Фриз, ставший позже школьным учителем и прекративший научную работу, получили уравнение, описывающее процессы, в которых участвуют уединенные волны, обнаруженные Расселом. Это уравнение постигла участь уединенных волн: о нем забыли. А лишь через семьдесят лет физики возвратили это уравнение и эти волны в арсенал науки.

Курьезом в науке оказалось и явление, которое каждый может увидеть, присмотревшись к поверхности очень горячего черного кофе. При этом чашку с кофе следует оберегать от толчков и потоков воздуха: они не играют роли в этом явлении, но могут помешать его появлению. На поверхности кофе через некоторое время установится подобие сетки, образованной большим количеством примыкающих один к другому шестиугольников. Надо заметить — дело не в кофе. Просто на черном фоне легче увидеть регулярное распределение зон, в которых из глубины на поверхность поднимается горячая жидкость, зон, над которыми образуется белесый пар.

Это один из вариантов ячеек Бенара, которые легче наблюдать в стоящем на электрической плитке неглубоком сосуде. Для того чтобы облегчить наблюдение, следует добавить в воду какой-либо легкий порошок. По мере нагревания на поверхности воды образуется шестигранная сетка, видимая более четко, чем в чашке кофе.

Этот редкий пример, когда нерегулярное турбулентное совмещение жидкости, вызванное конвекцией (внутренним тепловым движением различающихся по плотности частей жидкости, возникающим вследствие различия температур), превращается в регулярное перемешивание, в регулярную конвекцию.

Но возвратимся к солитонам.

Датой второго рождения солитона следует считать 1938 год, когда советские физики Я. И. Френкель и Т. А. Конторова в своей теоретической работе, посвященной исследованию физики твердого тела, обнаружили, что в кристаллах могут возникать необычные образования, которые являются комбинацией пустого места в решетке кристалла и места, в котором находится не один (как это должно быть в идеальном кристалле), а два атома. Такое образование представляет собой простейший случай нарушения порядка внутри кристалла. Его называют «дислокацией», что означает в грубом переводе «нарушение местоположения».

Понадобилось почти тридцать лет, чтобы ученые поняли, что дислокация Френкеля — Конторовой обладает всеми свойствами солитона и, изучая ее поведение, можно пользоваться результатами исследования других солитонов.

Солитоны, как и странные аттракторы, теперь опознают во многих явлениях, объединенных основной чертой — нелинейным законом изменения хотя бы одной величины, существенной для их возникновения и развития. Так, например, физико-химики хорошо изучили процессы горения, которые иногда происходят лишь в тонком слое, отделяющем холодное горючее от продуктов горения. Именно в этом слое происходит процесс окисления горючего, процесс горения. Этот слой обычно называют фронтом пламени или фронтом горения. Раз возникнув, он проявляет удивительную устойчивость, двигаясь с постоянной скоростью относительно горючего вещества, если условия горения (состав горючего и его начальная температура, состав воздуха и его температура и т. п.) остаются неизменными. Этот фронт движется в пространстве, если горючее неподвижно, или остается неподвижным, когда горючее поступает к месту горения с постоянной скоростью.

Солитоном является также волна детонации при ее движении во взрывчатом веществе. Солитоном является ударная волна, возбуждаемая взрывом, или ударные волны, возникающие в плазме или в воздухе, когда самолет преодолевает звуковой барьер.