Цивилизация
Группа ученых из Швеции и Германии под руководством Падма Шукла представила первый анализ и моделирование нелинейных волн (порождающих так называемые «девятые валы»), возникающих глубоко под водой.
Знаменитый «девятый вал» пугает корабелов издавна. С 1995 года ученым стало достоверно известно, что это не миф. В январе 1995 года удалось осуществить первое лазерное измерение гигантской штормовой волны.
Океанографы и математики говорили, что волны высотой в 30 и более метров (в англоязычной литературе для них введен термин freak wave) должны возникать один раз в 10 000 лет. Однако последующие спутниковые наблюдения показали, что это далеко не так.
Оказалось, что «волны-убийцы» возникают гораздо чаще. Фактически наблюдения показали, что где-нибудь в мировом океане такие волны возникают в каждый момент.
Поскольку такая волна может разом поглотить круизное судно или нефтяную платформу (современные плавсредства рассчитаны на то, чтобы выдерживать только 15-метровые волны, а волны-гиганты могут достигать 60 метров в высоту), ученые и попробовали создать теорию возникновения таких волн.
«Основная причина для возникновения подобных волн, похоже, кроется в процессе, известном как нелинейные взаимодействия волн — это определенный механизм обмена энергией между волнами, приводящий к большому росту в амплитуде волны, намного большему, чем было бы возможным через обычную линейную суперпозицию волн», — сказал соавтор работы Маттиас Маркланд.
Ученые привлекли для описания и анализа волн-гигантов систему двух нелинейно взаимодействующих волн, описываемую уравнениями Шредингера, хорошо зарекомендовавшими себя в квантовой механике.
Оказалось, что квантовые уравнения хорошо работают и здесь.
«Мы представили теоретическое исследование модуляционной нестабильности пары нелинейно взаимодействующих двумерных волн на глубокой воде и показали, что полная динамика этих взаимодействующих волн дает начало ограниченным пакетам волн большой амплитуды», — резюмируют ученые свою статью.
Фактически ученые при помощи уравнения Шредингера изучили влияние различных скоростей и углов, под которыми пересекаются в пространстве две волны.
И установили, что при пересечении под относительно небольшим углом две волны образуют новую, более чем в два раза выше, чем при обычном взаимодействии, тем самым порождая «девятый вал».
Результаты своей работы теоретики представили в Physical Review Letters. И говорят, что теперь требуются дополнительные спутниковые и океанографические наблюдения и статистические подсчеты. И тогда они смогут установить места наиболее вероятного возникновения «ненормальных» волн.