Science 版 (精华区)

发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 4.5 孤子隧道 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年12月26日19:54:51 星期三), 站内信件

甚至磁场亦可具有孤子行为，这时孤子表现出另一个显著特征——“开隧道”的能力。

一般而言，磁场能十分容易地穿过一块金属。这就是能够把钉子挂在磁铁一端，然后用
这枚 钉子吸起另一枚钉子的原因。但在超导金属中，磁的“透明性”被突然关闭。在临
界温度处 ，即金属转变为超导体(它本身是一个孤子)的那点处，可以发现磁场突然不能
进入其中。
图4.5 (图中文字由上至下为：磁场，超导体 ，磁场。)
然而，若这一磁场变得再强一些、再大一些，则磁场中会存在一点，在此处将产生孤子
式磁 涡旋，它能渗透或开隧进入超导体。实际上，这是一个孤子穿过另一个孤子。
图4.6 (图中文字为：超导体)
在超流体中也发现了孤子涡旋，超流体指不产生湍流地流动的流体。在这种情况下，形
成的 不是磁流涡旋，而是旋转超流体的细长圆柱或弦丝，它们在超流状态下组成非常古
怪的结构 。有些科学家认为，孤子涡旋或孤子“弦”在大爆炸之后数秒内形成，扮演量
子客体的角色 ，物质围绕它们集聚为星系和星团。
另一类渗透孤子称为“自发透明”孤子，它显示了光和物质参与非线性相互作用时出现
的情 况。
晶体(如钻石、石英、岩盐等)对光透明，而其它固体反射和吸收射在其上的一切光。在
这些 吸收系统中，任何打算透过固体的光能均即刻为其原子所吸收。然后吸收的能量以
原子振动 的形式(即热量形式)耗散掉。因而试图迫使光通过不透光物质的唯一办法是，
加热其表面。
不过，若照射在固体上的光特别强，比如采用激光器发出的极高的能量团，则固体变得
透光 ，光脉冲不被吸收地穿过。
这一魔帽效应的原因何在?在强大激光的激发下，晶格中的所有原子都被泵浦到受激态。
这 些受激原子与光发生非线性相互作用，两者立刻浑然而成一个完整系统，此系统沿其
波前集 体动作。穿过上述不透光系统的孤子严格说既不是光，也不是原子激发，而是两
者复杂的非 线性组合——一种理论家们称之为“偏振子”的新型孤子。
在利用热核能方面，孤子穿隧亦有作用。我们目前的核能形式——裂变——利用的是铀
核 分裂时释放的能量。相反，聚变就是把核聚到一起，而不是使之分解。
在聚变反应堆中，氢核或氢同位素核被加热到极高的温度，以至待其碰撞时，它们的速
度足 以把它们合为一体。碰撞产生氦，放出强大的能量。发展核聚变，一是需要得到极
高温的等 离子体(等离子体可视为自由运动核之“海”)，二是在等离子体加温到几百万
度时要找到 盛装它的办法，两者应结合起来。
在科学家们付出极大努力和智慧来解决等离子体约束问题的同时，他们还要设法加热氢
等离 子体到所需的温度。一个办法是把无线电波引入等离子体内部。麻烦在于，这些波
只加热了 等离子体的外部区，尚不足以穿透等离子体进入中心，而那里正需要高温。这
正是穿隧孤子 大显身手的地方。
在计算机计算中，科学家们发现，孤子在面对壁垒时，呈现的行为很古怪。象无线电波
这样 的正常线性波在等离子体壁垒处被反射，只有很小的百分比在壁垒原子间穿过。因
为强行穿 过壁垒需要大量能量，故大多数线性辐射被反射回来，实际上仅有极小一部分
透过。但非线 性效应出现时所产生的孤子将打通隧道、穿过壁垒，绝无损失地在壁垒另
一面出来。一些科 学家相信，他们将能够使射频孤子直接打洞进入等离子体内部，将其
加热。

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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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