โซลิตอน

เคยสงสัยไหมครับว่าทำไมคลื่นยักษ์สึนามิ (tsunami) ที่ก่อตัวขึ้นกลางมหาสมุทรลึก ๆ ในจุดที่ไกลมาก ๆ จึงสามารถเคลื่อนที่เข้าหาฝั่งได้โดยไม่สลายตัวไปเสียก่อน ถ้าเราโยนก้อนหินลงไปในน้ำ ก็จะเห็นว่าเกิดคลื่นเป็นรูปวงกลมที่ค่อย ๆ ขยายออก พร้อมกับมีขนาดความสูง(Amplitude)ที่เล็กลงเรื่อยๆ และมีคลื่นที่มีขนาดน้อยกว่าเกิดขึ้นด้านหลัง หรือจะเป็นคลื่นที่มีหน้าคลื่นเป็นเส้นตรงอย่างที่เกิดขึ้นเวลามีเรือแล่นผ่านก็เช่นกัน มันจะเดินทางไปพร้อมกับลดขนาดลงและสร้างคลื่นลูกเล็ก ๆ ตามมาติด ๆ หลายลูก

คลื่นน้ำโดยปกติแล้วจะเกิดปรากฏการณ์ dispersion ขณะเดินทาง เพราะว่าคลื่นลูกหนึ่งจะประกอบด้วยความถี่หลาย ๆ ความถี่ และคลื่นที่ความถี่ต่างกันก็จะเดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากัน เมื่อคลื่นน้ำเดินทางไปสักพัก ส่วนของคลื่นที่มีความถี่สูงกว่าก็จะแยกตัวออกมาทางด้านหลังเพราะมีความเร็วน้อยกว่า กลายเป็นคลื่นหลาย ๆ ลูกติดกันที่มีขนาดค่อย ๆ เล็กลง (ดูภาพที่ 3) นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้คลื่นน้ำธรรมดาไม่สามารถเดินทางไกล ๆ โดยคงรูปเดิมไว้ได้ นอกจากการขยายตัวไปทางด้านหลังของคลื่นแล้วหากคลื่นมีขนาดสูงพอ

ปรากฏการณ์ ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งก็จะเข้ามามีบทบาท ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า nonlinearity ครับ โดยคลื่นที่อยู่ที่ขนาดสูงกว่าจะมีความเร็วมากว่าคลื่นที่อยู่ที่ขนาดต่ำกว่า ปรากฏการณ์นี้ทำให้ยอดคลื่นเดินทางเร็วกว่าฐานคลื่น ทำให้คลื่นมีหน้าตาเปลี่ยนไปเหมือนกับตอนที่คลื่นโถมเข้าหาฝั่ง ซึ่งจะเห็นว่ายอดคลื่นจะนำเข้ามาก่อน ถ้าหากยอดคลื่นเร็วกว่ามาก มันก็จะยื่นออกมาด้านหน้า และม้วนลงเพราะแรงดึงดูดของโลก กลายเป็นคลื่นม้วน เหมือนอย่างที่นักเล่นกระดานโต้คลื่นเขาชอบกัน โดยปกติแล้วปรากฏการณ์ของคลื่นที่กล่าวถึงสองอย่างนี้จะสามารถต้านทานกันและกันได้เมื่อมีเงื่อนไขที่เหมาะสม โดยจะทำให้คลื่นไม่ม้วนมาด้านหน้า และก็ไม่ขยายตัวออกไปด้านหลังหรือมีขนาดเล็กลง

เมื่อคลื่นที่อยู่ในเงื่อนไขที่เหมาะสมดังกล่าวนี้จะสามารถที่จะเดินทางได้นานโดยไปเปลี่ยนแปลงรูปร่างเลย คลื่นพิเศษชนิดนี้เรียกว่าโซลิตอน (soliton)

ซึ่งมาจากคำว่า solitary ที่แปลว่าสันโดษเพราะว่าโซลิตอนเป็นคลื่นเดี่ยว ลักษณะเหมือนเนินกันความเร็วรถบนถนน ไม่ต้องมีขึ้นลงขึ้นลงหลาย ๆ ครั้งเหมือนคลื่นทั่วไป