Soliton

Matematikte ve fizikte, soliton sabit bir hızda yayılım gösterirken kendi şeklini koruyan ve kendi kendini güçlendiren tekil dalgalardır (dalga paketi ya da nabız dalgası).Solitonlar, boşluktaki dağıtıcı ve doğrusal olmayan etkilerin birbirini iptal etmesiyle oluşmuştur. (“Dağıtıcı etkiler” kavramı ile, dalgaların hızının frekansa göre değiştiği belirli sistemler kastedilmektedir.) Solitonlar, fiziksel sistemleri tanımlamak için kullanılan doğrusal olmayan dağıtıcı kısmi ayrımsal eşitlilklerin yayılma sınıfının çözümleri olarak bulunmuuştur.
Soliton terimi, ilk olarak 1834 yılında, İskoçya, Union Canal’da yalnız yaşayan John Scott Russell tarafından tanımlanmıştır. John Scott Russell, dalga deposu adlı olguyu tekrar üretmiş ve buna “çevrimli dalga” adını vermiştir.

Açıklaması

Saçılım ve doğrusal olmama kalıcı ve yeri belirlenmiş dalga biçimlerini üretebilmek için etkileşebilirler. Cam içinde hareket eden ışığın eğilimini ele alalım. Bu eğilimin, farklı frekanslardaki ışığı içerdiği düşünülebilir. Cam, dağılım gösterdiğinden farklı frekanslar farklı hızlarda hareket edecek ve bu yüzden zamanla eğilim değişime uğrayacaktır. Ancak, Kerr etkisi de doğrusal olmayan bir etkidir: belirli bir frekansta, maddenin kırılma özelliğine sahip dizini ışığın genliğine ya da dayanımına bağlıdır. Eğer eğilim gereken şekle sahipe, Kerr etkisi dağılım etkisini iptal eder ve eğilimin şekli zamanla değişime uğramaz; bu da solitonu oluşturur. Daha detaylı bilgi için optikte solitonlar araştırılabilir.
Çözülebilir birçok model, Korteweg- de Vries ve doğrusal olmayan Schrödinger, birleştirilmiş doğrusal olmayan Schrödinger ve sinüs- Gordon  eşitlikleri dahil çok fazla çözüme sahiptir. Soliton çözümleri tipik olarak saçılım dönüşümü ve dönüşümün kararlılığın alan eşitliklerinin tam olma niteliklerinin tersinin hesaplamalarıyla elde edilebilir. Bu eşitliklerin matematiksel kuramı, matematiksel araştırma alanlarında oldukça ortada ve aktif bir konudur.
Severn Nehri de dahil bazı nehir olaylarının dalgası, bazı gelgit oyuklarını oluşturur bunlar dalgalı sıçrama yaparlar: çözümleri dizisi tarafından takip edilen dalga cephesi. Denizin altındaki içsel dalgalar gibi okyanussal piklonikleri yayan deniz yatağı yerbetimi tarafından başlatılmış örneklerde ise başka çözümler oluşur. Ayrıca, doğrusal geniş tüp bulutlarını üreten evirtim katmanları sıcaklığında gezinen ve basınç çözümlerine sahip olan Carpentaria Körfezi’nin gündüzsefası bulutu gibi atmosferik çözümler de vardır. Sinirbilimindeki en yeni ve henüz kabul edilmemiş olan çözüm modeli nöronları sinyallerin taşınmasını sağlayan basınç solitonları olarak açıklamaya çalışır.
Bir ilingesel soliton, aynı zamanda, “önemsiz çözüm” denilen ilingesel kusurun çürümeye karşı kararlı, kısmi ayrımsal denklemlerinin bir dizi olarak çözümüdür. İlingesel sabitlere göre soliton kararlılığının tam olma niteliği alan eşitliklerine göre daha fazladır. The constraints arise almost always because the differential equations must obey a set of boundary conditions, and the boundary has a non-trivial homotopy group, preserved by the differential equations. Ayrımsal denklemlerin sınır koşulları bir dizi şarta uymak durumundadır, çünkü kısıtlamalar ayrımsal denklemler tarafından korunmuş herhangi bir önemsiz olmayan homotopi gruplarına sahip değildir. Böylece, ayrımsal denklem çözümleri homotopi sınıflarına ayrılabilir .
Homotopi sınıflarında, herhangi bir çözüm haritası gösterecek devamlı dönüşüm yoktur Çözümler birbirlerinden kesinlikle ayırılır ve aşırı büyük kuvvetlerle bile karşılaşsalar kendi bütünlüklerini sağlarlar. İlingesel soliton örnekleri, kristal kafesteki altüst olmuş vidaları içerir, Dirac sicimi ve elektromanyetizmdeki manyetik tek kutbu, kuantum alan kuramındaki Skyrmion ve Wess Zumino Witten modeli, sıkıştırılmış madde fiziğindeki manyetik skyrmion, kozmik sicimler ve kozmolojideki bilgi alanı duvarlarını içerir.

Biyolojide solitonlar

Solitonlar DNA ve proteinlerde oluşabilirler. DNA ve proteinlerdeki düşük frekanslı toplu hareketlerle alakalıdır. Son zamanlarda sinirbiliminde geliştirilmiş olan model,  nöron sinyallerinin, solitonlar biçiminde davranışlar sergiledikleri söylemektedir.

Mıknastıslardaki solitonlar

Mıknatıslarda da değişik tiplerde solitonlar ve doğrusal olmayan dalgalar vardır. Bu manyetik solitonlar, klasik düzlemsel olmayan ayrımsal eşitliklerin kesin çözümleridirler. — manyetik eşitlikler; Landau- Lifshitz eşitliği, uzay-zaman Heisenberg modeli, Ishimori eşitliği, doğrusal olmayan Schrödinger eşitliği ve diğerleri…

Biyonlar

İki solitonun birbirine bağlı halleri biyon ya da bağlı sistemlerin belirli aralıklarla sallandığı “ara” sistemleri olarak adlandırılabilir.
Alan kuramında, Biyonlar genellikle Born-Infeld modelinin çözümü olarak anılır. Bu isim G.W Gibson tarafından, geleneksel çözümlerden Born Infeld modelinin çözümünü ayırt etmek için ortaya atılmış ve bazı fiziksel sistemlerdeki ayrımsal denklemlerin sonlu enerji ve düzenli çözümleri olarak anlaşılmıştır. Düzen kelimesi burada kaynak taşımadan düzgün bir çözüm bulma anlamında kullanılır. Ancak, Born-Infeld modelinin çözümü Dirac-delta fonksiyonunun kaynaklarının orijindeki biçimi olarak yayımlanır. Bunun sonucu olarak orijin noktasında tekillik olarak açığa çıkarlar (elektrik alanı her yerde düzenli olmasına rağmen). Bazı fiziksel içeriklerde (örneğin sicim kuramı)soliton sınıflandırmasındaki özel isimleri tanıtma yarayabilecek olan bu özellik önemli olabilir. Öte yandan, kütleçekimi eklendiğinde ( yani Born-Infeld modelinin eşleşmesini genel görelilikte incelediğimizde) buna karşılık gelen solitonun ismi Ebiyondur, “E” Einstein’ın E’si anlamında kullanılmıştır.