Ученые сумели создать в лаборатории так называемую аномальную “волну-убийцу”, высота которой в среднем вдвое больше высоты окружающих волн и которая представляет серьезную опасность для кораблей. Работа авторов принята к публикации в журнал Physical Review Letters, а коротко о ней пишет портал ScienceNOW.
“Волна-убийца” долгое время считалась мифом, однако в последние годы реальность этого явления была подтверждена измерениями на море и спутниковыми наблюдениями. Теоретически, такие волны могут возникать случайно при “сложении” нескольких обычных волн, однако они появляются гораздо чаще, чем предсказывает эта гипотеза. Ученые полагают, что в формировании аномальных волн задействованы нелинейные процессы – то есть процессы, описываемые нелинейными уравнениями (например, дифференциальными). Разрешение таких уравнений зачастую бывает очень сложным, а иногда и невозможным (в этих случаях ученые используют численные методы).
Многие гидродинамические процессы описываются как раз такими уравнениями, поэтому специалисты нередко прибегают к упрощениям и аппроксимации. В 1970-х годах было предложено описывать возникновение различных типов “странных” волн при помощи нелинейного уравнения Шредингера, которое позволяет объяснить высоту, крутизну и кривизну волны. Одно из решений этого уравнения – а именно решение Перегрина – дает волну, поведение которой напоминает поведение “волны-убийцы”.
В октябре 2010 года, используя это решение, физики смоделировали возникновение аномальной световой волны. Авторы новой работы проводили эксперимент в бассейне с водой длиной 15 метров, шириной 1,6 метра и глубиной около метра. Используя управляемую мешалку, авторы получали гармоническую волну высотой около одного сантиметра, а затем, определенным образом корректируя параметры вращения мешалки, добивались возникновения аномальной волны. Ее высота была, в среднем, втрое больше высоты обычных волн, и она перемещалась по бассейну вдвое медленнее, чем они. Такое поведение хорошо согласуется с решением Перегрина.
Использованный учеными подход является упрощенным, и хотя полученная волна хорошо имитирует поведение реальной “волны-убийцы”, некоторые коллеги авторов указывают, что волна, удовлетворяющая решению Перегрина, может возникать только в узком частотном диапазоне. Соответственно, ее нельзя в полной мере использовать для изучения реальных аномальных волн.