| 词条 | 孤波 |
| 释义 | 孤波，专业词汇，用于物理、数学方面。光学中，单一光波束称为孤波。它的波长较短，理论上传输稳定，不失真，被实验于光纤通信领域。但由于技术原因，目前还没有达到完全不失真的标准，也没有大规模应用。 历史事件简介工程师罗素在英国格拉斯哥运河旁骑马时发现了自然界中的孤波——水面上滚动的水柱以每小时8-9 英里的速度向前滚动，间隔保持一英里左右，也称为罗素水波。 孤波解是一类特殊的偏微分方程的解。 孤立子与《被物理学颠倒了的现实》在1834年8月，英国科学家、造船工程师约翰·罗素（Russell，John Scott 1808～1882）观察到一只运行的木船船头挤出一堆水来；当船突然停下时，这堆水竟保持着它的形状，以每小时大约13千米的速度往前传播。10年后，在英国科学促进协会第14届会议上，他发表了一篇题为《论水波》的论文，描述了这个现象。他把这团奇特的运动着的水堆称为“孤立波”或“孤波”。这决不是普通的水波。因为普通的水波是由水面的振动形成的，水波的一半高于水面，一半低于水面，而且在扩展一小段距离后即行消失；而他所看到的这个水团，却具有光滑规整的形状，完全在水面上移动，衰减得也很缓慢。1965年，美国科学家扎布斯基（Zabusky，N.）和克鲁斯卡尔（Kruskal，M.D.）等在电子计算机做数值试验后意外地发现，以不同速度运动的两个孤波在相互碰撞后，仍然保持各自原有的能量、动量的集中形态，其波形和速度具有极大的稳定性，就像弹性粒子的碰撞过程一样，所以完全可以把孤波当作刚性粒子看待。1965年以后，人们进一步发现，除水波外，其它一些物质中也会出现孤波。在固体物理、等离子体物理、光学实验中，都发现了孤立子（或称孤子）。 孤立子现象孤立子现象是否隐含着物质从微观到宏观存在的一种统一的规定性呢？这种规定性很可能是存在的。孤立波同样表明了物质的波粒二象性，正因如此，物理学家们试图用通过研究孤立子揭示出来的规律描述基本粒子。 现代物理学研究认为，孤子是一种相干结构，相干结构存在于具有无穷多自由度的连续介质或流体复杂系统中。在相干结构中有无穷多个守恒的物理量，相干结构是当前非线性科学研究的前沿。如果宇宙产生于原初的一次巨大爆炸的结论是确实的，那么这种爆炸无疑会表现为连续介质的扩散，这种扩散应当是不均匀的，因为在爆炸点的中间和外缘的介质运行速度会有差异，这样就会形成相干结构，那么各种粒子的产生方式与我们已知的孤立子产生方式就应当具有相似性。从罗素观察的“水堆”我们不难分析出，“水堆”要保持其形状，就其“内部”来说必须有能量势差，从而推动水分子在水堆内部运动，同时通过能量（按守衡定律）交换的方式维持这种能量势差。如果我们将能量势差的中值点记为零，那么水堆就是依靠正能量势差和负能量势差维持其形态的。 孤子还是一个需要深入研究的客观现象，但其所揭示的孤子产生的物理规律，却似乎说明了质量粒子及宇宙中的其它粒子就是产生于宇宙爆炸的能量海洋，而从质量粒子的特性看，其内部含有的似乎就是一种负能量势差。 相关书籍水槽中的孤波(非线性科学丛书)(Solitary wave in water trough) 基本信息·出版社：上海科技教育出版社 ·页码：130 页 ·出版日期：1997年12月 ·ISBN：7542816411 ·条形码：9787542816412 ·版本：第1版 ·装帧：平装 ·开本：32 ·正文语种：中文 ·丛书名：非线性科学丛书 ·外文书名：Solitary wave in water trough 内容简介《水槽中的孤波》介绍水槽中的孤波的理论和实验及其研究进展，目的是要通过水波孤子这个最直观的物理事例及其产生的机制，对孤子与孤波的一系列性质给以具体的说明《水槽中的孤波》既不是单纯数学理论的严格展开（本丛书中黄念宁和郭柏灵的书对此有专门的论述；此外，还有大量的专著和文献可供参考），也是实验事实的简单罗列，书尽可能从物理概念上、从理论与实验相结合中展开讨论.由于主要介绍水槽中的孤波，《水槽中的孤波》所涉及的将主要是浅水波的KdV方程和非线性薛定谔方程（NLS方程），而对孤子理论中其他一些非线性演化方程，包括正弦一戈登方程，不能不有所割爱。 目录非线性科学丛书出版说明 前言 第1章 浅水槽中的孤波与孤子 §1 波、水表面波和色散 §1.1 波和色散 §1.2 流体力学方程 §1.3 线性小振幅水波 §2 孤波的发现 §3 孤子的相互作用 §4 守恒定律 §5 解KdV方程初值问题的反散射方法 §6 水槽中KdV孤子实验 §7 KdV方程的应用及其推广 第2章 深水槽中的包络孤波 §8 深水中的斯托克斯波和边带不稳定性 §9 NLS方程与斯托克斯波的失稳 §10 NLS方程初值问题与实验结果 §11 NLS方程与周期回归现象 §12 束缚态与多(阶)极(点)解 §13 暗孤波(包络洞孤波) 第3章 参量激发驻孤波 §14 参量共振 §15 参量激发驻孤波 §16 PDNLS方程和驻孤波解 §17 椭圆驻波解与“反向孤子对 §18 扭结表面波 §19 界面驻孤波 第4章 法拉第孤子间的周期性往复运动 §20 法拉第孤子的周期性往复运动 §21 描述法拉第孤子周期性往复运动的方程 §22 一对“同相孤子”的相互往复振荡 §23 边界条件及讨论 第5章 参量激发水表面波的动力学行为 §24 驻孤波的稳定区和分岔混沌现象 §25 PDNLS方程驻孤波解稳定性分析 §26 PDNLS方程的动力学行为 §27 存在问题与展望 附录 A KdV方程的推导和它的永形波解 附录 B 慢调制深水波中的NLS方程 附录 C PDNLS方程的推导 附录 D 参量激励下界面波方程 参考文献 序言孤波是1834年英国科学家罗素（J.Scott Russell）发现的.但只在1965年扎布斯基（N.J.Zabusky）和克鲁斯卡（M.D.Kruskal）求KdV方程的数值解时发现孤波相互作用后能保持各自波形速度不变的粒子性并称之为孤子以后，孤子（soliton）和孤波（solitarywave）的概念才广泛应用于物理学的各个领域.目前，从流体力学、等离子体、凝聚态物理、基本粒子理论乃至天体物理，到处都发现有孤子存在的实验事实或物理机制.尤其是因为光孤子不改变其波形、速度，光纤孤子通信具有失真小、保密性好等优点，对它的研究吸引了人们越来越多的注意，并正在成为现代通信技术的热门课题和重要发展方向.数学上，目前已发现一大类非线性演化方程有孤子解，发展了求解这类方程的许多有用的方法，其中包括广为应用的反散射法.同时，数值方法也得到了广泛的应用，孤子理论已成为数学中偏微分方程理论的一个重要组成部分。 本书介绍水槽中的孤波的理论和实验及其研究进展，目的是要通过水波孤子这个最直观的物理事例及其产生的机制，对孤子与孤波的一系列性质给以具体的说明.本书既不是单纯数学理论的严格展开（本丛书中黄念宁和郭柏灵的书对此有专门的论述；此外，还有大量的专著和文献可供参考），也是实验事实的简单罗列，书尽可能从物理概念上、从理论与实验相结合中展开讨论.由于主要介绍水槽中的孤波，本书所涉及的将主要是浅水波的KdV方程和非线性薛定谔方程（NLS方程），而对孤子理论中其他一些非线性演化方程，包括正弦一戈登方程，不能不有所割爱。 |
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