Ученые раскрыли секрет появления “волн-убийц” в океане

“Волны распределены по океану не совсем однородно, из-за чего те зоны, где их оказывается больше, как бы притягивают к себе энергию. В итоге в какой-то момент в одном месте рождаются волны большой амплитуды. Еще в 1968 году академик Владимир Захаров показал, что эту неустойчивость эффективно описывает нелинейное уравнение Шредингера”, — рассказывает Петр Гриневич из ИТФ имени Ландау в Москве.
Хаос и порядок
Под этим физики понимают различные феномены, чье поведение нельзя описать при помощи линейных уравнений. Иными словами, их реакцию на комбинацию из нескольких разных внешних факторов невозможно представить себе как сумму изменений, возникших при действии каждой из этих сил по отдельности.
Эта особенность, как отмечают Гриневич и его коллеги, резко усложняет прогнозирование подобных процессов. Более того, ученые долгое время считали, что исходное состояние нелинейных систем безвозвратно “забывалось” даже после самых незначительных изменений, что делало их хаотическими по своей природе.
Еще в середине 1950 годов Энрико Ферми и другие американские ученые случайно выяснили, что это не всегда так. В некоторых случаях возникало своеобразное математическое “дежавю”, и система произвольно возвращалась в исходное положение.
Позже советские и зарубежные математики выяснили, что его появление было связано с тем, что поведением этих “хаотических” систем управляли определенные закономерности и законы. На роль одного из них давно претендует нелинейное уравнение Шредингера.
Тайны “волн-убийц”
Роль подобной “коробки передач” в опытах российских ученых сыграл кристалл с нелинейными оптическими свойствами, чей коэффициент преломления зависел от интенсивности света. К примеру, те его зоны, которые были освещены сильнее, фокусировали свет, а более “темные” участки — рассеивали лучи лазера.
Наблюдая за кристаллом и тем, как менялся вырабатываемый им свет, Гриневич и его коллеги доказали, что он периодически порождает эффект “дежавю” и что его поведение описывается нелинейным уравнением Шредингера.
Анализируя результаты экспериментов, российские математики вывели набор простых формул, позволяющих очень точно просчитывать это уравнение. Ученые использовали их для вычисления, какими свойствами обладали лучи лазера, попавшие в нелинейный кристалл в момент начала эксперимента.
Эти же формулы, как отмечают физики, можно применять не только для описания поведения “волн-убийц” или помех в каналах связи, но и в фундаментальной науке. К примеру, они помогут понять, как ведет себя конденсат Бозе-Эйнштейна, экзотическая форма материи, которая состоит из множества частиц, но ведет себя как один большой атом.