В 19 веке начали появляться свидетельства очевидцев о таинственных огромных волнах в океане, появляющихся из ниоткуда. И это не совпадение – в 19 веке появились первые железные морские судна, которые, при счастливом стечении обстоятельств, могли пережить встречу с таинственной волной. До этого встреча с ней была фатальной – моряки уже никогда не возвращались на берег…
С развитием судостроения сообщения о загадочных волнах только участились, но почти никто не верил в рассказы очевидцев. Считалось, что волна высотой 10 метров в открытом океане – это достаточно редкое явление, а сообщения о волнах высотой 30 метров – что-то из разряда фантастики. Но корабли, казалось бы надежно защищенные от штормов, продолжали без следа пропадать в океанах по всему миру. Хорошо задокументированное событие произошло сравнительно недавно с грузовым судном МС Мюнхен.
Этот двухсотшестидесятиметровый корабль считался непотопляемым, в 1978 году он отправился в свой 62 рейс по привычному маршруту из Германии в США. Рейс проходил нормально, а потом несколько судов и радиостанции получили от Мюнхена сигнал бедствия.
После этого – полная тишина, корабль и экипаж в составе 28 человек просто исчезли. В поисковой операции принимали участия несколько стран, были задействованы десятки самолетов и сотни морских судов. В результате были найдены спасательные шлюпки, пару спасательных жилетов, аварийные буи и часть груза. Никакого корабля и людей не нашли, поэтому мы можем только догадываться о том, что произошло с МС Мюнхен. Но повреждения на одной из спасательных шлюпок и другие косвенные признаки говорили о том, что шлюпка, крепленная на высоте 20 метров над уровнем воды, была сорвана чудовищной силой.
«Плохая погода стала причиной необычного события» — к такому выводу пришел морской суд, но сейчас большинство исследователей считает, что это произошло из-за огромной, редкостной волны, возможно даже не одной.
Согласно одной из публикаций на эту тему, всего во второй половине 20 века эти же гигантские волны вероятно потопили 22 больших корабля и стали причиной больше 500 смертей. Хорошо известный случай о затонувшем при странных обстоятельствах огромного MV Derbyshire. Без вести пропали 44 человека.
Скепсис по отношению к огромным волнам продолжался, все изменилось в 1995 году, всего чуть больше 26 лет назад. Лазерные датчики на нефтяной платформе Дропнер зафиксировали волну высотой 25 метров, это почти в 3 раза выше, чем самые высокие волны в этом регионе.
Считалось, что это просто невозможно, это не укладывалось в математические модели того времени и не подтверждалось наблюдениями. Так как данные из подобных датчиков были очень надежные и ошибка исключалась, этим случаем заинтересовались ученые и начали искать способы объяснить как это возможно, наблюдения за океаном усилились и за короткое время данные спутников показали существование огромных волн высотой больше 25 метров. Эти волны действительно возникали как-бы из ниоткуда и быстро исчезали, интересным был так же тот факт, что очевидцы описывали эти волны как стену воды, то есть они были очень крутыми. Эти волны получили называние «Волн Убийц», хотя название очень отличается в различных языках Как оказалось позже, существуют даже супер волны-убийцы, их высота превышает в 5 раз окружающие волны, они могут быть высотой больше 30 метров, можно так же встретить информацию о волнах высотой больше 40 метров, но источники мне показались ненадежными.
Вот гифка, показывающая данные наблюдений за волнами на воде, там где области смещаются в сторону красного цвета, там бушуют штормы, высота волн там может достигать 11 метров.
Стоит сказать, что существуют такие понятия, как столетняя волна, тысячелетняя волна, десяти тысячи летняя волна, это как бы необычное редкое отклонение от среднего значения, например раз в 10 тысяч лет может появиться волна высотой около 20 метров, это берут во внимание проектируя корабли, порты и нефтяные вышки. Но регулярные появления волн высотой больше 20 метров, а иногда даже больше 30 метров… как? Что за сила создает их, откуда такая энергия? Я бы могла сказать «Наука не может объяснить», но эти слова обычно используют для кликбейта и на самом деле это означает «наука имеет предположения, гипотезы, но общепринятого мнения и однозначного ответа нет». Кратко расскажу об основных двух гипотезах.
В общем самое простое объяснение – это интерференция, суперпозиция разных волн, ну или в более привычном смысле – наложение волн. Несколько различных волн с разной длиной волны и амплитудой накладываются одна на другую и создают в некоторых местах одну большую волну.
Тут очень много дополнительных параметров учитывается, например не просто синусоидальная форма волн, а крутые гребни и впадины, течения, ветер, разность температур и так далее, но суть в двух словах можно передать как наложение различных волн в некоторых условиях.
Другое объяснение пришло из квантовой механики, образование волн с необычно большой амплитудой описывает одно из модификаций Уравнения Шредингера, которое используется в оптике и физике плазмы.
Решение обычного уравнения Шредингера – это волновая функция, тут так же, только имеет немножко более сложный вид и тоже в комплексную форму, называется «Солитон Перегрина», графически выглядит примерно вот так:
Обычная волна, как можно часто заметить, она очень нестабильна, когда она набирает высоту, то гребень начинает закручиваться и волна обрушивается. А Солитон – это одиночная волна, которая сохраняет свою форму более длительное время, вот например нервные импульсы можно рассматривать как солитоны, но вообще солитон Перегрина применяется для описаний солитонов в оптике и физике плазмы. Как оказалось, это все можно применить и к гравитационным волнам, гравитационные волны – это волны на воде, не следует путать и другими гравитационными волнами в пространстве и времени, которые следуют из общей теории относительности.
В итоге ученым удалось смоделировать волну убийцу на воде в бассейне на фото:
Это не единственная модель, но одна из, тут теория вполне согласуется с практикой. В чем суть в двух словах: тут происходит не интерференция, а как бы всасывание соседних волн в одну большую, стабильную волну, в океане это может происходить вполне регулярно, все условия позволяют.
Что забавно – такими волнами в моделях могут быть не только гребни, но и впадины – и это подтверждается очевидцами волн убийц в океанах. Но скорее всего волны убийцы не описываются только каким-то одним процессом и возникают в следствии различных причин.
Наверное стоит вспомнить о цунами, почему не берут во внимание процесс, который отвечает за формирование цунами. Тут все просто – цунами в открытом океане почти незаметна, она увеличивается в высоту при приближении к берегу, ну, если это не цунами вызванное падением огромного астероида. На ютубе много видео о волнах убийцах, но почти на всех таких видео нет никаких волн убийц, а просто автор решил написать ошибочное название сам того не осознавая, вот одно из редких видео, на котором был заснят момент столкновения с волной убийцей, правда не очень большой, но как и все видео о необычных явлениях, снято на кирпич:
Реальных фото волн убийц тоже очень мало, в основном используют фотошоп для того, чтобы впечатлить людей, но на самом деле волны в море, даже самые большие, не выглядят так впечатляюще, как в фильмах. На реальных фото просто трудно с чем-то сравнить их размер. Вот фото, которое я использовала для превью, вообще не впечатляет, я не знаю какая высота этой волны, наверное где-то около 20 метров, найти оценку ее высоты в оригинальных источниках не удалось.
Но на самом деле эта тема интересна даже не из-за самих волн-убийц, а из-за универсальности волновых феноменов, ведь волны убийцы появляются не только на воде, но и в других системах, где есть волны различной природы, в оптических средах, плазме и даже экономике.
Как известно, многие физики специализирующиеся на дифференциальном исчислении уходят в область экономики, финансов, там просто больше платят, на каком-нибудь Волл Стрит, они применяют физику и математику для анализа ситуаций на рынке финансов, там очень сложные формулы, но иногда удается найти закономерности и предсказать поведение инвесторов например, ну наверное самый известный для широких масс инструмент при анализе бирж – это уровни Фибоначчи, это что-то из той же серии, только более продвинутое.
Есть даже такой термин – Эконофизика, и волновые процессы играют там не последнюю роль.
Это текстовая версия видеоролика.
Комментарии (36)
ZekaVasch
31.08.2021 15:26+2Моряки говорят что самые большие регулярные волны на популярных транспортных маршрутах это обычно ветровые волны в индийском океане . Бывают стабильные периоды когда сильный ветер дует в одном направлении до 40 дней . И соответственно, волну раскачивает уже довольно опасную для не сильно крупных судов.
belch84
31.08.2021 17:13+20Попытался быстро построить динамическую модель для волн-убийц, уравнения взял из презентации "Rogue Waves", для амплитуды они получаются такие
Параметры подобрал вручную, результат немного отнормировал, получилось вот чтоМодель волны-убийцы
Для сравнения можно использовать результаты измерения волны, зафиксированной на газовой платформе «Draupner» (находившейся в Северном моря в 100 милях от берегов Норвегии) в 1995 году.
(изображение взято из статьи о волнах-убийцах а английской Википедии)
anonymous
00.00.0000 00:00belch84
31.08.2021 18:08+2Построением собственно модели я не занимался, взял готовые уравнения для амплитуды (из упомянутой презентации), добавил подходящих колебаний и подобрал подходящий параметр K (визуально), получилось более или менее похоже на вид реально измеренной волны. Картинка на особую строгость не претендует, но чужой модели (да, нелинейной) и реальности вроде соответствует. Кстати, насколько я знаю, солитоны (по крайней мере те, что являются решениями уравнения Кортевега-Дефриза), возникают на мелкой воде, для волн-убийц механизмы должны быть другими)
Tyusha
31.08.2021 21:02+2Причиной нелинейности является уравнение Навье-Стокса.
Yermack
31.08.2021 21:37+4Уравнение Навье-Стокса описывает нелинейный процесс, а причина в сложном взаимодействии вязких слоев, потоков, волнений. Короче, там все живет по законам реляционной реальности — свойство системы слагается не из свойств блоков, а из их отношений
lz961
01.09.2021 20:52Простите, нелинейными бывают именно уравнения, а не процессы. В физике нелинейных уравнений только 1.5 -- уравнения Максвелла для электромагнитных полей в вакууме и уравнение Шрёдингера. В последнем случае физ. смысл имеют только квадратичные формы от решений, поэтому при подсчёте идёт за половину. Что касается конкретно уравнений гидро- и газодинамики, то они нелинены, хотя бы уже за счёт субстанциальной производной:
Если вам интересно, как возникают подобного рода нелинейные члены, можете попробовать провести формальный вывод уравнений газодинамики из кинетического уравнения методом моментов. Да и само кинетическое уравнение с самосогласованным полем и интегралом столкновений нелинено. Принципиально, что кинетическое описание газа не требует использования каких либо теорий реляционной реальности. Вся штука в том, что люди успешно приспособились использовать линейные модели для описания процессов в "принципиально нелинейном" мире, чем значительно упростили себе жизнь.
BorisStratula
03.09.2021 18:11+1Я не очень Вас понял, можете пояснить следующие пункты?
а) если нелинейны только уравнения из списка в количестве полутора штук, Навье-Стокс линеен?
б) говоря о небытие нелинейных процессов, Вы хотите сказать о формальном недопущении использования термина «нелинейный» к процессам или что-то ещё?lz961
03.09.2021 19:43+11) Описка, конечно, линейных уравнений.
2) Хотите -- называйте процессы, описываемые линейными уравнениями линейными. Но есть загвоздка. Рассмотрим, к примеру, падение плоской монохроматической волны на плавную плоскослоистую диэлектрическую среду с изотропным локальным линейным поляризационным откликом. Задача линейнее некуда, в том смысле что описывается линейной системой макроскопических уравнений Максвелла. Но содержательной характеристикой в этом случае является волновой импеданс
изменение которого вдоль направления, перпендикулярного среде описывается нелинейным уравнением Риккати. В ряде случаев, вроде как, удобнее иметь дело с уравнением для импеданса, чем с исходными электродинамическими уравнениями. Это я к тому, что линейной либо нелинейной является модель процесса, а не сам процесс, причём бывают примеры, когда и линейная и нелинейная модели процесса одинаково содержательны и имеют одинаковую применимость. Термины "линейные процессы" и "нелинейные процессы" могут существовать разве что в жаргоне специалистов в теории колебаний и волн, только эти господа имеют привычку путать модели с реальными системами.
3) "Вы" с большой буквы используется только в официальной переписке либо в поздравлениях.
yulai-b
31.08.2021 18:36+1Купался на озере в ветреную погоду, обратил внимание на то, что , если правильно помню, каждая 6 волна была высокая. Очень похоже на интерференцию.
teology
31.08.2021 19:01+4Издревле замечено, что высоким и опасным гребнем является 9-ый (так называемый "девятый вал"). Греки считали опасным 3-й вал, а римляне - 10-й. (Взято из вики)
Andronas
01.09.2021 09:01Это могли быть колебания силы ветра, или совокупность колебаний силы ветра и других факторов.
shvez
31.08.2021 19:45+8Волна на фотографии вначале, действительно, может быть очень большой. По опыту виндсёрфинга могу сказать, что из далека высоту волны оценить сложно. Стоишь на берегу ну волны кажутся нормальными. А только когда видишь, что человека с почти 3х метровым парусом за ними не видно, понимаешь реальный масштаб.
blacklion
01.09.2021 13:20+13Я так как-то неаккуратно полез купаться на Шри-Ланке. Мне показалось, что ну, волнение, но не так что бы очень. Захожу в воду по пояс, чувствую что обратный поток от предыдущей воды какой-то особо сильный, поднимаю глаза — надо мной стоит по ощущениям с трёхэтажный дом и сейчас на меня рухнет. Ну, я пронырнул основание, понимая, что такой удар принимать нельзя, и всё, там глубина, я между двумя высоченными гребнями. Поднялся на следующий, развернулся к берегу, а там местные бегут, руками машут, мою жену за руки хватают.
В общем, утонул я нафик^W^W^W вылез я, конечно, но в стиле — продышаться пока на последнем перед схлопыванием волны гребне как перед нырком, быстро слететь вниз с волны, задержать дыхание и просто собраться в комок и дать себя вынести на берег, не обращая внимание, что молотит об песок и не пытаясь даже понять верх-низ (тут главное было не запаниковать!). И быстро-быстро вскакивать и бежать, пока не накрыло следующей, потому что вот там где ты МЕЖДУ волнами стоишь и можешь против течения выходить на берег — там-то и молотит сильнее всего и следующий откат легко утащит обратно и начинай всё сначала, а в пене особо не погребёшь.
А когда подходил к кромке воды казалось что просто «чуть больше, чем вчера, интересно купаться будет».
Yermack
31.08.2021 19:48+22Эх, опередили, у меня как раз готовится статья про волны убийцы, правда там с математикой и прогами, но все равно теперь историю перекраивать. Или ну ее, расскажу про бозе-конденсаты — все равно уравнения те же
SmartPedia Автор
01.09.2021 00:13+7Публикуйте, пожалуйста. Этот материал предназначен для более широкой аудитории, но меня попросили опубликовать статью на Хабре. Думаю, многим будет интересно узнать о деталях моделирования таких волн и прочие математические подробности.
MasterOgon
01.09.2021 07:59Вихревое кольцо это солитон. Такая штука в воде на поверхности выглядит как волна. Она сохраняет энергию долго из-за того что тепловая энергия воды, броуновский движ, в такой тороидальной структуре замыкается по кругу. Где-то произошел сильный перепад давлений, может из-за тех же волн, что привело в движение некоторую массу воды и она стала двигаться сохраняя энергию этого события так как сопротивление воды компенсирует замкнутый броуновский движ.
belch84
01.09.2021 09:39+1Опубликую здесь еще одну картинку. Она не имеет непосредственного отношения к волнам-убийцам, но, тем не менее, может быть полезной для понимания природы как линейных, так и нелинейных волн. Итак, анимация для сравнения суперпозиции двух линейных волн и взаимодействия трех нелинейных волн-солитонов (они проходят сквозь друг друга, почти не изменяя свою форму)
Линейные и нелинейные волны
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Linear_and_nonlinear_waves.gif
KivApple
01.09.2021 10:18в 19 веке появились первые железные морские судна, которые, при счастливом стечении обстоятельств, могли пережить встречу с таинственной волной
С развитием судостроения сообщения о загадочных волнах только участились, но почти никто не верил в рассказы очевидцев.
Интересная иллюстрация явления похожего на "ошибку выжившего". Чем больше волна, тем более совершенные должны быть технологии кораблестроения, чтобы люди смогли узнать о её существовании.
bluetooth
01.09.2021 10:32-5появились первые железные морские судна
Стилистически вернее писать "морские судна со стальным корпусом".
vervolk
01.09.2021 10:42Картинки кликабельны и открываются внутри интерфейса сайта, а не вместо текущей статьи - это хорошо. Но количество шакалов на этих фото - около пяти, что печально.
GraviJohn
01.09.2021 12:59+1Наблюдал гигантские волны на реке (и попадал в них) и думаю механизм схож с тем, что в море. При низовом ветре ( ветер против течения) возникают огромные волны. Но далее в местах изгиба реки, так называемых уловАх, течение закручивается, изгибается и вот тут начинается самый ад. Т.е. в общем случае механизм такой, ветер против течения + изменение течения.
xsunson
01.09.2021 12:59+1Есть еще с волной 30 метров в бассейне
vesper-bot
01.09.2021 15:18Ну там вроде как собрали волну в механический фокус — само собой будет высоко. А вот когда в практически безграничном океане волны по 30 метров появляются — это посложнее малех.
dragonnur
01.09.2021 18:21Самый фокусный фокус был на Аляске, когда волна от оползня была в полкилометра.
И «событие Стурегга» тоже отожгло.
progchip666
03.09.2021 16:10+1У меня только один вопрос - а каким образом спутники могут определить высоту волн, хотя бы с точностью до метра?
semilina
04.09.2021 10:59Считала, что "волна-убийца" это что-то из выдумок голливудских сценаристов. Спасибо за минутку научпросвета)
Oll123
Я бы не стал добавлять Дербишир как хорошо известную жертву "супер волны".
Там действительно по началу было непонятно, корабль просто исчез, но благодаря семьям жертв, все-таки выяснили проблемы конструкции судов этого типа. Стечение обстоятельств - конструкция, плюс штормовая погода.
Вот тут один из действующих капитанов торгового флота сделал хороший разбор конкретно случая с этим кораблем, по следам расследования британцев.
https://youtu.be/AGJ97l8msxM
dragonnur
У «Дербишира» была другая «волна» — распространявшихся разрушений и затоплений корпуса.