说不尽的水之二

陈仁政

科学家通过对水的研究，已经揭开了许多科学之谜，不过，仍然有许多关于水的谜还没有揭开。

孤子理论的诞生和发展

1834年8月的一天，年轻的苏格兰土木工程师与船舶设计师约翰·罗素在尤宁运河河边勘探。开始，他看见有两匹马拉着一条船在迅速前进，后来，当船停止前进时，他偶然发现船头聚集了一个巨大的圆而光滑像馒头状的水包（水波）。这水包长约1米，比河面高出约30厘米，以14千米每小时的速度在河面上推进了2千米。罗素策马扬鞭紧追不舍，密切观察这一难见的“河上奇观”，一直追到水波消失为止。后来，人们将这种水波称为“罗素水波”。

我们通常看到的水波，总是向四面散开而很快消失，且有波峰和波谷；而罗素水波为何仅有波峰且能推进2千米远并保持形状不变呢？这一问题引起了科学家们的极大兴趣。很多年之后，人们才用“非线性效应”和“色散效应”加以解释。1971年，美国物理学家诺曼·查布斯基在大水箱中成功地人为造出了这种水波。人们还发现，如果同时有两个这样的水波碰撞，结果是碰撞之后会各走各的路，形状也不会改变。这很像是一种物质实体，人们将它称为“孤立子”或简称“孤子”，并创立了相关的孤子理论。

1980年，中国赴美留学生吴君汝首次在2厘米深的小水槽中发现了一种奇异孤子，曾引起过极大的轰动。100多年来科学家对孤子理论的创立和研究，不但使它成为前沿科学之一，而且应用范围已经超越了诸如凝聚态物理、天体物理、非线性光学、材料科学、统计力学、流体力学等物理领域而进入生物学、化学、数学诸领域，还对自然科学各分支中存在的大量非线性现象的研究产生了巨大影响。……