John Scott Russel observó a los solitones al investigar ondas acuáticas propagándose en canales de escasa profundidad.
Solitón es el nombre que recibe cada onda solitaria capaz de propagarse por un medio no lineal sin evidenciar deformaciones. Esta clase de onda larga se caracteriza por desplegarse, a velocidad constante, en formato de paquetes.
De acuerdo a los registros, entre los primeros en analizar las ondas solitarias figura el italiano Giovanni Giorgio Bidone, aunque a nivel mundial tuvieron una mayor visibilidad los aportes del escocés John Scott Russell. Gracias a él fue detectada la onda de traslación que impulsó el conocimiento moderno acerca de los solitones.
Los físicos Martin David Kruskal y Norman J. Zabusky, por su parte, pudieron comprobar mediante cálculos de esencia numérica la estabilidad de una única onda solitaria cuya estructura no se llega a deformar. Asimismo, demostraron que un par de ondas solitarias llegan a interactuar de modo no lineal en ciertas circunstancias. Ambos, en el marco de sus investigaciones, arribaron a la idea de solitón.
TemasCaracterísticas de los solitones
Los solitones, que pueden ser generados por medio de láseres de fibra, se reconocen por una amplia variedad de rasgos distintivos.
Más allá de conservar velocidad y forma al propagarse, estas ondas solitarias que no varían en medios no lineales también mantienen intacta su estructura al chocar con otro solitón.
Tienen la particularidad, además, de aprovecharse por ejemplo en dinámica no lineal y de funcionar como solución a distintas ecuaciones diferenciales no lineales. Desde una perspectiva matemática, cada solitón puede concebirse, respecto a una ecuación diferencial parcial, como una solución localizada.
La denominada teoría de solitones, por sumar precisiones, facilita la comprensión de los agujeros negros y exhibe particularidades que no se señalan como tradicionales de los solitones. La interacción de solitones (es decir, los contactos o las acciones con reciprocidad entre ellos) constituye un aspecto atractivo de cada fenómeno solitónico y es clave para la mecánica cuántica y la física, por proporcionar dos ejemplos.
Los solitones, interpretados desde la neurociencia, son ondas de densidad con capacidad para propagarse a través de las neuronas.
Variedades
Es enriquecedor saber que es posible identificar numerosos tipos de solitones. Una de las variedades se conoce como solitones ópticos, frecuentes en las comunicaciones ópticas. Están considerados como pulsos de luz infrarroja que son capaces de trasladarse, sin experimentar distorsión alguna, por fibras ópticas. Durante el proceso de propagación, estos campos ópticos conservan su forma.
Existen, de igual manera, paquetes de ondas localizados y firmes que, más allá de propagarse sin alterarse, exhiben un comportamiento típico de partículas. Se trata de los solitones cuánticos, a los cuales se los tiene en cuenta como soluciones para ecuaciones diferenciales de perfil no lineal. Asimismo, estos solitones se analizan como elementos valiosos para el procesamiento de información cuántica.
Tampoco hay que pasar por alto las características de los solitones topológicos, indispensables para la representación de partículas y la comprensión de fenómenos físicos. En este caso, la teoría los posiciona como estructuras estables con notoriedad considerable dentro de teorías clásicas focalizadas en la dinámica no lineal.
Vale la pena hacer foco, también, en cómo es y para qué sirve el conocido como solitón no topológico (NTS), cuya superficie se caracteriza por ser finita y cerrada. De acuerdo a quienes lo han investigado, es una configuración de campo centrada en solitones cuya carga de Noether se halla conservada.
Un solitón es una onda capaz de propagarse conservando su velocidad y su estructura.
Aplicaciones de los solitones
Los solitones se aprovechan en una amplia variedad de disciplinas y actividades. Según se deduce de la práctica, poseen utilidad en ámbitos como los de la física y la comunicación. También son útiles en la teoría de ondas gravitacionales y en la teoría de campos.
En el ámbito de la neurociencia se aprovechan los solitones para echar luz acerca del potencial de acción que poseen las neuronas así como para explicar las corrientes eléctricas vinculadas a ellas y hacer una descripción de cómo se lleva a cabo la transferencia de energía en redes biomoleculares o cadenas.
Es interesante resaltar que los solitones, de igual modo, se valoran en el área de la biología dado que pueden presentarse en el ADN y en las proteínas. En el rubro matemático, dan soluciones a una serie de ecuaciones diferenciales de tipo parcial destinadas a describir cómo evoluciona un sistema no lineal.
En fibras ópticas, en concreto, se apela a la ecuación de Schrödinger no lineal (de la cual son una solución los solitones) a fin de conseguir una simulación de las propiedades dinámicas de un solitón. Los solitones son, además, soluciones para la ecuación en derivadas parciales bautizada como ecuación de Korteweg-de Vries (KdV), apropiada para el modelado de fenómenos físicos como las ondas acústicas y aquellas que se producen en aguas no tan profundas.
Al reunir datos relacionados a la ecuación de sine-Gordon (que originalmente planteó Edmond Bour y fue más tarde objeto de interés de Frenkel y Kontorova), en tanto, se descubren solitones. Por la invariancia de Lorentz, es el único sistema de perfil relativista dentro del conjunto de las más afamadas ecuaciones integrables.
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