Физики увидели волны-убийцы в бассейне со стоячими волнами
Физики теоретически и экспериментально исследовали возникновение перегриновских солитонов в стоячих волнах на поверхности воды. Для этого физики запускали волны в длинном бассейне, одна из стенок которого работала как отражающее зеркало. Полученные результаты показывают, что океанские волны-убийцы могут возникать за счет нелинейных эффектов при взаимодействии пересекающихся волн. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Волновые явления универсальны и встречаются в большинстве разделов физики. Поэтому ученые исследуют их в первую очередь математически, адаптируя свои решения к той или иной области: механике, гидродинамике, оптике или акустике. Особый интерес представляют ситуации, когда сложение множества отдельных волн может синергетически усиливаться за счет множественной интерференции. Обычно это приводит к образованию короткоживущих волн с аномально большой амплитудой. В физике океана такие волны называют волнами-убийцами и тщательно изучают теоретически и экспериментально в силу их опасности для судоходства и прибрежного хозяйства.
Впрочем, интерференция нескольких волн — это не единственный возможный механизм образования волн-убийц. Математикам давно известно, что в нелинейных условиях волны могут формировать солитоны, то есть самоподдерживающиеся волновые пакеты, по поведению напоминающие частицы. Решая нелинейное волновое уравнение Шрёдингера, Хауэлл Перегрин в 1983 году нашел аналитическое решение, которое описывает солитон (бризер Перегрина), по своим свойствам очень похожий на волну-убийцу: он обладает большой амплитудой, возникает на короткое время, а затем исчезает.