선원들은 갑자기 갑자기 나타나 부주의한 선원들의 배를 전복시킬 수 있는 거대한 악성 파도에 대해 수세기 동안 실을 잣았습니다. 과학자들은 그 이야기가 파도에 대해 알려진 다른 모든 것과 상충되는 것처럼 보였기 때문에 그들을 믿지 않았습니다. 그런 다음 카메라와 기타 장비가 악성 파도의 존재에 대한 부인할 수 없는 증거를 포착하기 시작했습니다. 톤 반 덴 브레머유체 역학 전문가인 는 Steven Strogatz와 함께 악성 파동이 어떻게 형성되는지, 이를 예측할 수 있는지 여부 및 실험실에서 파동을 재현할 수 있는 방법에 대해 과학이 배운 내용에 대해 이야기합니다.

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성적 증명서

스티븐 스트로 가츠 (00:03): 저는 Steve Strogatz입니다. 이유의 기쁨, 팟캐스트 Quanta Magazine 오늘날 수학과 과학에서 답이 없는 가장 큰 질문으로 안내합니다. 이 에피소드에서 우리는 불량 파도로 알려진 바다의 괴물 파도의 원인이 무엇인지 물어볼 것입니다. 

(00:20) 인간의 시대를 통틀어 바다는 온갖 종류의 전설로 소용돌이쳤습니다. 1600년대에 폭풍으로 사라져 지금은 영원히 바다를 항해해야 하는 플라잉 더치맨 유령선을 생각해 보십시오. 또는 어부들이 맹세하는 파충류 바다뱀이 물 표면에서 위협적으로 튀어나왔거나 그리스 신화의 사이렌이 부드럽고 유혹적인 노래로 선원을 유인하여 죽음에 이르게 했습니다. 우리는 이 모든 것이 신화라는 것을 압니다. 하지만 바다에는 신화가 아닌 치명적인 비밀이 하나 있습니다. 악의적 인 파도. 이들은 겉보기에 아무데도 나오지 않는 거대한 파도입니다. 그들은 배에 부딪히거나 석유 플랫폼을 칠 수 있습니다. 그리고 바다는 너무 크고 요인이 너무 많기 때문에 실제로 목격하기 어렵기 때문에 연구하기가 정말 어렵습니다. 

(01:08) 가장 유명한 것 중 하나는 드라우프너 파동. 그것은 1995년 북해의 Draupner 가스 파이프라인 플랫폼을 강타하여 25.6미터 또는 84피트라는 놀라운 최대 높이에 도달했습니다. XNUMX~XNUMX층 건물 정도의 크기다. 장비로 로그 웨이브를 측정한 것은 이번이 처음입니다. 

(01:30) 광대한 바다에서 악성 파도를 포착하는 것은 드물기 때문에 우리는 여전히 그에 대해 상대적으로 거의 알지 못합니다. 그러나 Ton van den Bremer와 같은 과학자들은 그것을 바꾸려고 노력하고 있습니다. van den Bremer 박사는 파도 풀과 모델링을 사용하여 네덜란드의 Delft University of Technology에서 불량 파도를 연구합니다. 그는 토목공학 및 지구과학과 부교수이자 옥스퍼드 대학교 공학과의 선임 연구원이기도 합니다. Ton, 오늘 우리와 함께 Rogue Wave에 대해 이야기해 주셔서 감사합니다.

톤 반 덴 브레머 (02:01): 감사합니다. 그것은 기쁨.

스트로가츠 (02:02): 음, 정말 기대됩니다. 매혹적인 주제입니다. 그것들을 특성화하는 기본적인 문제부터 시작하겠습니다. 불량 웨이브를 불량하게 만드는 것은 무엇입니까? 예를 들어, 우리가 해변에서 볼 수 있는 일반적인 파도와 어떻게 다른가요? 또는 그들이 얼마나 큰지에 대해 조금 더 알려주십시오. 그들이 얼마나 빨리 이동할 수 있는지.

반 덴 브레머 (02:19): 평소에 파도가 많이 치죠? 따라서 하나를 다음과 비교할 수 있습니다. 그리고 그것은 실제로 당신이 하는 일입니다. 그래서 기본적으로 우리가 바다 상태라고 부르는 것의 특성을 살펴봅니다. 그래서 이것은 파도가 얼마나 높은지의 평균입니다. 그런 다음 악성 파도는 해당 바다 상태의 평균 파도보다 훨씬 더 큰 것으로 정의됩니다. 그래서 우리는 사실 불량파가 "유의미한 파고"라고 하는 양의 두 배로 정의된다고 매우 구체적으로 말합니다. 그리고 중요한 파고는 기본적으로 그 시점에서 파도가 얼마나 큰지를 측정한 것입니다. 그리고 당신의 파도가 그것의 두 배를 초과하면 우리는 "오, 그것은 이제 불량 파도입니다."라고 말합니다.

스트로가츠 (02:55): 흥미롭군요. 어떻게…

반 덴 브레머 (02:59): 수학적, 정확한 의미(정규 분포가 있음)뿐만 아니라 일종의 일반적인 용어로도 비정상 파동으로 생각할 수 있습니다. 우리는 파동의 정규 분포를 가지고 있으며 이것은 정규에서 매우 멀리 떨어져 있습니다. 당신이 기대하는 것보다 훨씬 더 큽니다. 

(03:14) 물론 기대하는 것은 기다리는 시간에 따라 달라지기 때문에 조심해야 합니다. 그래서 파도가 오고 가죠, 그렇죠? 그들은 항상 발생합니다. 즉, 충분히 오래 기다리면 항상 악성 웨이브가 발생합니다. 얼마나 오래 기다릴 의향이 있는지에 대한 질문입니다. 그리고 악성 웨이브는 기본적으로 오랜 시간을 기다려야 하는 웨이브입니다.

스트로가츠 (03:34): 이전에 사용한 문구는 무엇입니까? 특징적인 파고?

반 덴 브레머 (03:37): 이것을 중요한 파고라고 합니다. 모든 유형의 통계 설명에서 표준 편차가 있습니다. 맞습니까? 그것은 넓이입니다. 제가 샘플을 가지고 있다면, 저는 그 샘플을 설명하고 싶습니다. 예를 들어, 인간의 키입니다. 맞습니까? 나는 평균 키가 무엇인지 알고 있지만 그 모집단의 분산도 알고 있습니다. 그리고 변화의 의미에서, 또는 표면의 변화는 파도가 일반적으로 얼마나 큰지 중요한 파도 높이입니다. 상당한 파고라고 합니다.

스트로가츠 (04:03): 과거의 과학자들이 불량 파도에 대한 선원들의 이야기를 믿는 것이 왜 그렇게 불가능했을까요?

반 덴 브레머 (04:08): 여러분이 상상해야 할 것은 우리가 얼마 동안 하늘과 우주를 연구해 왔으며 상대적으로 쉬웠다는 것입니다. 그러나 바다는 훨씬 더 어렵습니다. 우리는 배나 파도 부표 또는 해안에서만 이것을 연구할 수 있습니다. 그리고 만약 여러분이 해안에서 연구한다면, 여러분은 바로 근처에 대해서만 배우게 됩니다. 그래서 기본적으로 깊고 깊은 바다, 깊은 바다의 표면에서 오는 모든 것은 배에서 왔습니다. 그래서 그것은 선원들의 이야기였습니다. 

(04:33) 물론 움직이는 물체에서 측정하는 것은 엄청나게 어렵습니다. 당신은 배가 있고 측정을해야합니다. 그래서 그 모든 것이 일종의 일화였습니다. 70년대와 80년대가 되어서야 석유 탐사가 시작되었고 우리는 심해에 플랫폼을 건설하기 시작했습니다. 즉, 사물을 안정적으로 측정할 수 있는 고정 구조물입니다. 그리고 그것은 실제로 Draupner 파동이 측정된 방식이기도 합니다. 그것은 일반적으로 측정하지 않는 노르웨이 북해의 Draupner 플랫폼에서 측정되었습니다. 그러나 이제 아웃보드 플랫폼이 생겼습니다. 그리고 이러한 측정을 할 수 있는 기회를 제공합니다. 

(05:07) 이 필드는 사람들이 이러한 일이 발생했다고 예측하거나 추측해 왔지만 90년대 이 시점까지는 실제로 데이터가 없었습니다. 당신이 좋아한다면 정말 최근입니다. 어느 시점에서 우리는 마침내 "좋아, 이것은 이제 측정 오류가 아니다"라고 말하는 측정을 했습니다. 이전에는 불량파를 측정했을 수도 있지만 “좋아요, 장비가 고장난 것 같죠? 확실히 이렇게 높을 수는 없었습니다. 너무 커서 뭔가 잘못됐나 봐요.” 그리고 이제 이것은 신뢰할 수 있는 측정이었습니다. 제대로 측정되었기 때문에 신뢰할 수 있었습니다. 그리고 같은 높이의 오일 플랫폼에도 약간의 손상이 있었습니다. 그래서 파도는 실제로 석유 플랫폼을 강타했습니다. 그래서 하나 이상의 증거 출처가있었습니다. 그리고 이것은 그것을 최초의 신뢰할 수 있는 로그 웨이브로 만들었습니다.

스트로가츠 (05:46): 조금 상상해 보겠습니다. XNUMX~XNUMX층 건물이라고 하여 시각적인 이미지를 주려고 노력했습니다. 그것이 내가 그것을 상상하는 올바른 방법입니까, 아니면 일반적으로 누군가에게 뭐라고 말합니까?

반 덴 브레머 (05:56): 좋은 설명이라고 생각합니다. 내 말은, 그 크기는 당신에게 암시를 줍니다. 하지만 여러분은 기본적으로 훨씬 더 낮은 높이의 많은 건물들이 항상 여러분의 길을 오고 있다는 것을 상상해야 합니다. 그렇죠? 이것들은 당신에게 다가오는 정상적인 파도입니다. 그래서 XNUMX층에서 XNUMX층 높이의 건물을 보는 데 꽤 익숙했습니다. 그리고 갑자기 그것보다 두 배나 세 배 더 높은 것이 있습니다. 그리고 그것이 실제로 우리가 말하는 것입니다.

스트로가츠 (06:19): 거대한 파도가 형성되는 조건에 대해 무엇을 알고 있습니까? 우리는 바다나 대기에서 무슨 일이 일어났는지 알고 있습니까?

반 덴 브레머 (06:26) 다양한 메커니즘이 있고 측정값이 너무 적기 때문에 어떤 메커니즘이 지배적인지 구분하기가 매우 어렵습니다. 그러나 있었다 두 가지 유형의 메커니즘 당신이 원한다면 상을 위해 경쟁해 왔습니다. 그리고 이들 중 하나는 간단합니다. 우리는 이것을 선형 분산 포커싱이라고 부릅니다. 그리고 설명하겠습니다. 기본적으로 바다는 아주 많은 파도로 이루어져 있습니다. 그리고 그들은 ... 무작위가 아니라 많은 방향으로 이동합니다. 그리고 진폭이 모두 다른 다양한 파동이 많이 있습니다. 그리고 어느 시점에서 꽤 많은 파도가 함께 모여 쌓입니다. 그들은 일종의 (우리가 말하는 것) 선형적으로 중첩됩니다. 따라서 XNUMX미터의 파동 하나와 또 다른 미터의 다른 파동이 있고 모두 더해집니다. 그리고 충분히 오래 기다리면 많은 파도가 합산된다는 것을 알게 될 것입니다. 이것이 하나의 메커니즘입니다. 

(07:11): 따라서 과학자들은 이것이 덜 흥미롭다고 생각합니다. 아마도 이것이 완전히 선형적인 메커니즘이기 때문일 것입니다. 그래서 그것은 단지 선형 중첩일 뿐입니다. 여러분은 충분히 오래 기다려야 합니다. 그리고 그것은 아마도 바다에서 꽤 많은 악성 파도를 설명하지만 전부는 아닙니다. 왜냐하면 비선형 효과와 관련된 두 번째 메커니즘이 있기 때문입니다. 

(07:26) 따라서 함께 모이는 이러한 파동이 선형으로 합산되지 않는 효과입니다. 따라서 XNUMX미터 더하기 XNUMX미터가 XNUMX미터가 되는 것이 아니라 XNUMX미터 더하기 XNUMX미터가 갑자기 XNUMX미터가 됩니다. 그리고 그 비선형 효과는 아마도 이것이 매력적인 분야인 이유일 것입니다. 비선형 메커니즘은 파도 물리학에서만 발생하는 것이 아니라 매우 다양한 시스템에서 발생하기 때문입니다. 그리고 그것은 파도를 포함하여 광학을 포함한 많은 응용 프로그램에서 볼 수 있는 일부 비선형 슈뢰딩거 방정식으로 설명됩니다. 그리고 그것은 기본적으로 하나와 하나가 더 이상 합산되지 않고 더 큰 파도를 일으키지 않게 합니다. 

(08:01) 이제 두 번째 메커니즘에 대해 살펴보겠습니다. 이는 확실히 악성 웨이브로 이어질 수 있습니다. 그러나 그것은 또한 정말 깊은 바다에 국한되어 있기 때문에 해안 가까이에 있을 수 없습니다. 그리고 드라우프너 파동의 경우 물이 충분히 깊지 않아서 역할을 할 수 없었습니다. 따라서 일부 악성 파도에서는 역할을 했지만 대다수에서는 그렇지 않았습니다. 

(08:18) 그리고 바람이 정말 세게 부는 효과, 바람이 터지는 것과 같이 아주 잘 이해되지 않는 메커니즘인 다른 많은 메커니즘이 있습니다. 수심의 급격한 변화와 관련된 다른 효과도 있습니다. 그래서 갑자기 수심에 발을 내디뎠습니다. 수심이 바뀝니다. 그것은 또한 불량 파도로 이어질 수 있습니다.

스트로가츠 (08:38): 선형 덧셈 메커니즘을 통해서든 비선형 슈뢰딩거 메커니즘을 통해서든, 시각화해야 할까요? 고립파를 그려야 할까요? 하나의 큰 물 혹입니까? 아니면 이 거인 두세 마리가 나에게 다가오는 파동열차를 생각해야 할까요?

반 덴 브레머 (08:53): 이제 좋은 질문입니다. 일반적으로 심해의 파도는 분산적입니다. 즉, 특정 모양을 가진 특정 파동이 있으면 이동하면서 변경됩니다. 음파와는 달리 우리가 서로 말할 때 만드는 모든 파동이 동시에 우리 귀에 도달하기 때문에 서로 합리적으로 쉽게 통신할 수 있습니다. 일반적으로 파도의 경우는 그렇지 않습니다. 그래서 우리가 이러한 극단적인 파도를 가질 때 – 실제로 그것들은 그룹으로 또는 패킷으로 옵니다. 그래서 그것들 중 일부입니다. 그리고 바다 상태에 따라 파도가 더 적거나 많을 수 있지만 일반적으로 웨이브 패킷 또는 웨이브 그룹이라고 하는 것을 구성하는 파도는 XNUMX개에서 XNUMX개에서 XNUMX개 사이입니다. 그리고 이것들 중 하나가 가장 큰 것이 될 것이고, 또 다른 몇 개의 큰 것이 있을 것이고, 그리고 나서 그것은 사라질 것입니다. 

(09:41) 따라서 갑자기 나온다는 이야기는 사실이 아닐 수도 있지만 빠르게 진행되고 있습니다. 이러한 파동에는 주기가 있습니다. 즉, 모든 파동은 약 20초에서 30-XNUMX초 사이의 시간이 걸립니다. 그래서 그것은 일종의 규모입니다. 빨리오고 빨리 가고 그룹이 조금 더 오래 걸립니다. 그러나 그것은 모두 몇 분 단위로 사라졌습니다.

스트로가츠 (10:04): 그래서 당신이 이것들을 언급할 때 — 당신은 기간 동안 20-30초 정도를 말했습니까?

반 덴 브레머 (10:09) 사실일 수 있습니다. 그것은 당신이 어디에 있는지, 기본적으로 당신이 바다의 어디에 있는지, 그리고 바람이 바다에 에너지를 투입할 시간이 얼마나 있었느냐에 달려 있습니다. 따라서 심해에 있는 경우 더 긴 시간, 예를 들어 10초 이상을 얻게 됩니다. 그러나 해안 환경에 가까우면 바람이 불고 있는 경우 기간이 짧아집니다. 바람이 더 짧은 시간 동안만 불고 있는 더 어린 바다. 폭풍은 이제 막 시작되었습니다. 짧은 기간을 의미하는 상대적으로 빠른 파도를 보는 것으로 시작하여 시간이 지남에 따라 더 긴 기간에 이르게 됩니다. 

스트로가츠 (10:40): 주기가 무엇을 의미하는지 알고 있다고 생각하기 때문에 팔로우하고 있는지 확인하기 위해서입니다. 단순 고조파 발진기. 그래서 여기 파도의 맥락에서, 그 기간은 제가 해변에 앉아 있는 모습을 상상했을 때, 파도가 들어와 제 모래성을 강타한 것입니다. 그리고 다음 파도가 내 모래성을 더 무너뜨릴 때까지의 시간이 그 기간입니다.

반 덴 브레머 (11:03): 맞습니다. 그리고 그 파도가 당신의 모래성을 무너뜨리려고 오고 있어요, 그렇죠? 로그 웨이브는 키가 약간 더 작은 두 개의 다른 웨이브처럼 어느 쪽이든 동반될 수 있습니다. 그러나 함께, 그들은 그룹으로 온다.

스트로가츠 (11:16): 어허, 단체사진이네. 좋은. 그리고 "분산적"이라는 용어가 있었는데, 우리는 일상적인 언어로 알고 있습니다. 군중에게 해산하라고 말하면 모든 개인이 흩어집니다. 파동 또는 파동 패킷이 분산된다는 것은 무엇을 의미합니까?

반 덴 브레머 (11:30): 에 — 그것은 — 그리고 이것은 또한 기본적으로 메커니즘입니다. 제가 악성 파동 뒤에 설명했던 이 첫 번째 메커니즘은 — 서로 다른 주기의 파동이 서로 다른 파장에서 함께 서로 다른 속도로 이동한다는 것을 의미합니다. 그리고 그것은 허용합니다. 제가 몇 개의 다른 파동을 만들면 진폭이 다를 뿐만 아니라 더 중요하게는 서로 다른 주파수를 따라잡을 수 있습니다. 오른쪽. 그리고 그것은 내가 다른 파동(다른 기간을 의미함)을 만들고 그것들을 놓을 수 있는 메커니즘을 허용합니다. 즉, 동시에 만들고 놓아 주면 모두 다른 속도로 이동하여 흩어집니다. 

(12:05) 그러나 그 반대일 수도 있습니다. 서로 다른 시간을 만들면 함께 모일 수 있습니다. 그리고 그것은 큰 파도로 이어집니다. 더 빠른 진행파가 천천히 진행하는 파도를 따라잡기 때문입니다. 그리고 그것은 이러한 높은 파도로 이어집니다. 그리고 그것은 실제로 선형 초점 메커니즘의 절반입니다. 서로 다른 주기의 파동이 서로 다른 속도로 이동하고 따라잡아 큰 파동으로 이어집니다.

스트로가츠 (12:26): 알겠습니다. 그래서 — 나는 당신이 이전에 "집중"이라는 단어를 사용하는 것을 알았습니다. 그래서 그것이 당신의 마음에 있었던 것입니다. 아님?

반 덴 브레머 (12:32): 두 가지 측면이 있죠? 그래서 우리는 "집중"이라고 부르는데, 기본적으로 그것은 다른 기간에서 발생합니다, 그렇죠? 원하는 경우 한 방향으로만 초점을 맞춥니다. 그것들은 서로 다른 파도, 다른 속도이기 때문에 모두 따라잡습니다. 그들은 집중하고 서로를 만납니다. 그러나 물론 우리가 방향 집중이라고 부르는 것을 가질 수도 있습니다. 그리고 이것은 이제 한 방향이 아니라 여러 방향으로 파동이 있는 곳입니다. 그리고 그것들은 시각화하기가 훨씬 더 쉽습니다. 그렇죠? 여러분은 서로 다른 방향에서 운전하고 있으며 모두 한 지점으로 오고 있습니다. 그리고 우리는 이것을 방향성 집중이라고 부릅니다. 따라서 함께 초점을 맞추는 두 가지 측면이 있습니다.

스트로가츠 (13:06): 매우 유용합니다. 이와 관련하여 마지막으로 언급할 사항이 하나 있습니다. 거대한 파도를 생각하면 내 마음은 즉시 그 유명한 일본 목판화로 돌아갑니다.가나가와의 큰 파도.” 실제라면 쓰나미일까요? 불량파인가요? 그리고 그것들의 차이점은 무엇입니까?

반 덴 브레머 (13:24): 제 생각에는 대부분 예술 작품이고 매우 어렵습니다. 그것은 — 연도는 모르지만 꽤 오래 전 일입니다. 그래서 우리는 녹음할 수 있는 Draupner 플랫폼이 있었습니다. 이 경우에는 실제로 녹음이 없었습니다. 그것은 아마도 – 그것이 사진이었다면 아마 해안에 가까운 파도일 것입니다. 왜냐하면 그렇지 않았다면 아마도 기록되지 않았을 것이기 때문입니다. 이러한 종류의 규칙은 전통적인 악성 파도라는 측면에서 그것을 배제합니다. 왜냐하면 우리는 적어도 전통적인 불량 파도 메커니즘, 비선형 메커니즘 측면에서 해안 가까이에서 실제로 발생하지 않는 메커니즘 중 하나를 갖는 경향이 있기 때문입니다. . 따라서 비선형 악성 파도 중 하나가 아닐 수도 있습니다. 실제로는 쓰나미가 아니었을 것입니다. 왜냐하면 쓰나미는 너무 길어서 이 목각에 맞지 않을 것입니다. 나는 그것이 목각이라고 생각합니다. 아마도 그럴 것입니다. 아시다시피 파장은 그림 크기 정도입니다.

(14:13) 따라서 불량 파도일 수도 있었지만 당시의 다른 모든 파도와 비교해야 했기 때문에 알 수 있는 방법이 없습니다. 그래서 그것은 대부분 매력적인 삽화였습니다. 그리고 과학자로서 우리가 과학의 모자를 벗고 일정 기간 동안 예술가가 되었을 때 유일한 것은 우리가 드라우프너 파동 실험에서 관찰한 어떤 움직임, 파동 유형의 행동을 본 것입니다. 이 드라우프너는 우리가 재현한 파도.

(14:42) 그리고 이런 식으로 우리는 또 다른 주제로 넘어가게 됩니다. 그래서 저는 파동이 서로 만날 수 있고 중첩될 수 있고 충분히 오래 기다리면 파동은 항상 점점 더 커질 것이라는 생각을 설명했습니다. 하지만 이것에도 한계가 있겠죠? 어느 순간 파도가 부서집니다. 그리고 우리는 파도가 부서지는 것을 보기 때문에 이것에 대해 잘 알고 있습니다. 그러나 그것이 의미하는 바는 일반적으로, 전통적으로 우리가 생각했던 파도에서 파도가 얼마나 높을 수 있는지에 대한 한계이기도 합니다. 최대값을 설정하므로 어떤 파도도 그보다 클 수 없습니다.

(15:13) 그리고 이번 작업에서 우리가 보여준 것은 이 Drupner 파동 모델링, 그것은 Draupner 파동이 파동 구성 요소로 구성되어 있고 모두 한 방향으로 이동하는 개별 파동 (우리는 이것을 단방향이라고 함)으로 구성되어 있다면 아마도 깨졌을 것입니다. 당신이 묘사한 만큼 키가 커지지는 않았을 겁니다. 그러나 우리가 그것을 다방향 파동, 특히 두 방향에서 파동 에너지를 갖는 교차 시스템으로 만들었다면 훨씬 더 큰 파동을 얻을 수 있었습니다. 그리고 그 훨씬 더 큰 파도는 1995년에 측정된 것만큼 커질 수 있습니다. 그리고 우리가 이 부서지는 움직임의 일부는 달라졌습니다.

(15:51) 따라서 단방향 파도가 있을 때 볼 수 있는 이 롤링 브레이킹보다는 해변에 가면 이런 종류의 롤링 포워드 모션을 보는 경향이 있습니다. 교차하는 파도가 있으면 위쪽으로 튀는 것입니다. 그리고 그 위로 튀는 것이 이 큰 파도의 목각에 나타났습니다. 그리고 우리는 다시 한 번 과학적 모자를 벗고 예술가의 모자를 쓰고 실험실에서 재현할 수 있는 것을 보았습니다. 그리고 우리가 Draupner 불량 파동을 설명하기 위해 사용할 수 있는 것.

스트로가츠 (16:19): 오, 그거, 그거 신기하네요. 그래서 당신이 구불구불한 파도를 언급했을 때, 나는 즉시 서퍼들을 떠올렸습니다. 물론 잔잔한 날 해변에 앉아 있으면 작은 파도를 볼 수 있습니다. 하지만 하와이에서 열린 대회를 보면 파도가 파도 위로 굴러갈 때 파도 내부의 서퍼들이 있습니다. 음, 적어도 당신이 물결치는 파도에 대해 말할 때 제가 염두에 두고 있는 이미지입니다.

반 덴 브레머 (16:41): 그래서 사용했습니다. ㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷ 비행기 밖을 내다보면 상대적으로 바람이 많이 부는 날에 아래를 내려다보면 사방에 흰색 조각이 보입니다. 그리고 당신이 좋아한다면 너무 가파르게 된 약간의 파도가 있습니다. 그래서 그들은 너무 가파르기 때문에 스스로를 억제할 수 없고, 원한다면 그냥 넘어집니다. 그리고 약간의 튀는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 서퍼를 연구하고 해변에서 볼 때 볼 수 있는 약간의 물보라입니다. 그러나 그것은 또한 서퍼들로부터 매우 멀리 떨어진 심해에서도 발생합니다.

스트로가츠 (17:12): 음, 당신이 주장한 과학적 요점으로 돌아가서 제가 이해했는지 확인하겠습니다. 만약 파도가 단방향이라면, 모두 어느 정도 한 방향으로 움직이고 일단 결합되어 큰 파도를 만들기 시작하면 요점은 파도의 높이가 제한된다는 것입니다. 당신은 어떤 다방향 메커니즘이 있어야 한다고 주장합니다.

반 덴 브레머 (17:32): 기본적으로 파도가 너무 가파르면 한 방향으로 생각하는 것이 가장 쉽죠? 당신은 언덕을 오르락 내리락하려고 노력하고 있습니다. 그 언덕이 너무 가파르면 그 언덕에서 떨어지게 됩니다. 그리고 그것이 단방향 사진에 일어나는 일입니다. 맞습니까? 너무 가파르다는 전통적인 생각입니다. 그리고 일어나는 일은 기본적으로 파동이 유체를 추월하는 것입니다. 유체는 파동보다 빠르게 이동하고 일종의 넘어집니다.

(17:53) 그러나 교차가 있는 경우 다른 메커니즘을 상상할 수 있습니다. 이제 서로 다른 두 방향에서 오는 두 개의 파동이 있기 때문입니다. 그리고 그들이 만날 때, 파동이 진행하는 분명한 방향이 없기 때문에 더 이상 명백한 전복 방향이 없습니다. 그래서 대신 일어나는 일은 운동이 위쪽으로 가는 것입니다. 서로 마주치면 그 시점에서 서로를 피할 수 있는 유일한 방법은 둘 다 위로 점프하는 것이라고 상상할 수 있습니다. 느슨하게 말하자면, 그런 일이 벌어지고 있다고 생각합니다.

(18:19) 그리고 어떻게든 우리가 이러한 상향 행동을 하고 있다는 사실 때문에 파도가 실제보다 더 가파르게 됩니다. 그렇지 않으면 일종의 넘어졌을 것입니다. 그리고 이제 더 가파르고 높아졌습니다. 따라서 기본적으로 이 드라우프너 녹음 우리는 1995년 당시 파도의 녹음을 가지고 있는데, 그것은 정말, 정말 가팔랐습니다. 그리고 우리는 그것이 한 방향에서 오는 에너지였다면 아마도 그 가파름에 도달하기 오래 전에 부서졌을 것임을 보여줍니다.

(18:45) 그리고 물론 추가해야 합니다. 이 웨이브에 대한 기록이 있습니다. 하지만 한 지점에서 녹음이 있습니다. 그래서 우리는 한 지점을 가지고 있습니다. 레이저는 기본적으로 아래를 가리키고 표면을 기록합니다. 우리가 얻지 못한 것은 파도가 어디서 왔는지에 대한 정보입니다. 그래서 우리는 그 오랜 세월을 되돌아보며 방향성 구성이 무엇이었는지 추측하고 거기에서 몇 가지 가정을 해야 했습니다. 그리고 그들은 우리가 교차 행동이라고 부르는 것이 실제로 있었다는 것을 암시하는 증거가 있음을 보여주고 있습니다.

스트로가츠 (19:11): 여기에서 자신의 실험실로 전환하겠습니다. 그것은 – 당신은 지금까지 그것을 조금 언급했습니다. 그리고 우리가 더 깊이 들어갈 수 있기를 바랍니다. 일종의 재연이나 시뮬레이션, 또는 이 Draupner 파동에서 일어나고 있는 일을 파악하기 위해 정성적으로 시도한 것 같습니다. 내가 제대로 듣고 있니?

반 덴 브레머 (19:30): 맞습니다. 이 필드는 — 원하는 바다 파도에서 생성하기가 매우 어렵기 때문입니다. 그렇죠? 사실, 당신은 할 수 없습니다. 바람을 기다려야 합니다. 그래서 우리가 직접 만듭니다. 그래서 우리는 수영장, 큰 수영장이 있지만 수영장의 측면은 파도 패들입니다. 그래서 그것들은 우리가 입력 신호를 정확하게 제어할 수 있게 해주는 장치입니다. 따라서 우리는 기본적으로 우리가 원하는 방식으로 파동을 만듭니다. 그리고 전통적으로 이러한 웅덩이는 한쪽 끝에 한두 개의 조파기가 있는 매우 길거나(우리는 수로라고 부릅니다) 한쪽 끝에 조파기가 있는 큰 정사각형 웅덩이입니다. 그리고 이것은 파도가 여러 방향에서 이동하는 이러한 교차 시나리오를 만드는 것을 매우 어렵게 만듭니다.

(20:11) 이 실험은 FloWave 해양 에너지 연구 시설 에든버러 대학교에서. 그리고 그 시설은 완전히 둥글기 때문에 꽤 독특했습니다. 그래서 둥근 수영장입니다. 그리고 모든 측벽은 개별 웨이브 메이커로 구성되어 있습니다. 따라서 이 수영장 주변에는 164개의 개별 웨이브 메이커가 있습니다. 그리고 우리는 우리가 원하는 방식으로 그것들을 제어할 수 있습니다. 그래서 우리는 다른 방향에서 오는 파도를 만들 수 있습니다.

(20:33) 우리가 한 것은 단순히 드라우프너 파동 만들기. 그리고 우리는 한 방향으로 모든 에너지가 있는 곳에서 그렇게 했습니다. 그런 다음 서로 비스듬히 두 시스템으로 나누었습니다. 그런 다음 그 각도를 변경했습니다. 그런 식으로 우리는 기본적으로 실험실 환경에서 드라우프너 파동을 생성할 수 있는지 여부를 연구할 수 있었습니다. 그리고 우리가 단방향 환경에 있다면 모든 파동을 한 방향으로 보내면 성공할 수 없다는 것을 보여주었습니다. 그것은 우리가 이 시설에서 만들 수 있는 방향성이 필요했습니다.

스트로가츠 (21:01): 이 소리가 너무 좋아요. 이것에 대해 더 많이 듣고 싶습니다. 그래서 보자. 둥근 수영장은 얼마나 큽니까? 올림픽 규모의 수영장을 상상해야 하지만 더 둥글까요?

반 덴 브레머 (21:13): 맞습니다. 전 세계에 이런 것들이 몇 가지 있다고 생각합니다. 그리고 일부는 실제로 올림픽 수영장의 크기를 초과합니다. 이것은 직경이 25미터에 불과합니다. 그래서 상대적으로 짧습니다. XNUMX미터 깊이.

스트로가츠 (21:23): 그리고 웨이브 메이커. 그것이 무엇인지 이해하겠습니다. 그래서 어떤 종류의 모터가 부착된 패들이 있고 그것을 펌핑할 수 있습니까?

반 덴 브레머 (21:30): 아니, 펌핑하지마. 패들일 뿐이죠? 그래서 그것은 단지 – 그래서 기본적으로 이 XNUMX미터 거리에 걸쳐 벽은 경첩 위에 있습니다. 그리고 그것은 일종의 플랩입니다. 그리고 제어 메커니즘이 있는 모터를 사용하여 매우 제어 가능한 방식으로 퍼덕거립니다. 그리고 우리는 파동의 주파수를 설정하는 파동의 속도와 파동의 진폭인 파동의 크기를 지정할 수 있습니다. 그것은 파도의 진폭을 설정합니다.

스트로가츠 (21:52): 그리고 164개가 있다고 하셨는데요, 이 주위에 거의 균등한 간격으로 배치되어 있는 것 같은데요?

반 덴 브레머 (21:57): 아니요, 연속적입니다. 따라서 전체 벽은 기본적으로 —

스트로가츠: 아, 계속.

반 덴 브레머 (22:01): 그들은 모두 — 그들은 모두 — 그들은 모두, 모든 것입니다. 기본적으로 웨이브 메이커만 있습니다.

스트로가츠 (22:06): 벽 전체가 웨이브 메이커로 되어 있는데 164개라고 하셨어요.

반 덴 브레머 (22:09): 네. 그래서 이것은 여러분에게 360도를 그 숫자로 나눌 수 있고, 나는 여러분이 다른 숫자를 얻을 것이라고 확신합니다. 그리고 그것은 단지 몇 도를 의미합니다. 기본적으로 우리가 이런 식으로 달성할 수 있는 방향 분포의 해상도입니다.

스트로가츠 (22:21): 그리고 나서 게임은 — 그 수영장에서 만들 수 있는 가장 큰 파도를 노리고 있습니까?

반 덴 브레머 (22:26): 누구나 할 수 있는 게임입니다. 그리고 실제로 우리는 가지고 있습니다. 그러나 그것은 약간 지루한 게임입니다. 그것이 밝혀지기 때문에 사물의 축을 대칭적으로 완전히 초점을 맞추면 엄청난 파동을 일으킬 수 있습니다. 그래서 당신은 무언가를 완전히 둥글게 만들고 실제로 우리는 이러한 축대칭 파동을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 그리고 이러한 축대칭 방식은 본질적으로 여러 응용 프로그램에서 발생합니다. 예를 들어, 동전과 같은 것을 자유 표면을 통해 떨어뜨리면 약간의 "펑" 소리가 나는 것을 알게 될 것입니다. 그리고 그것은 실제로 형성되고 있는 작은 축대칭 파동입니다. 패러데이 파동에서 찾을 수 있습니다. 그리고 여기에서도 찾을 수 있습니다. 그리고 그것은 이런 종류의 스파이크, 이 정말 큰 스파이크로 이어집니다. 따라서 360도 모든 각도에서 파도를 보내면 모든 종류의 합산 및 중첩이 발생하여 엄청난 스파이크가 발생한다고 상상할 수 있습니다.

(23:09) 실제 바다에서는 그런 일이 절대 일어나지 않습니다. 그러나 이러한 행동에는 요소가 있습니다. 이것의 요소, 제가 설명했듯이, 두 대의 자동차가 정면으로 마주치거나 서로 충돌합니다. 360개가 있다고 상상해보세요, 그렇죠? 원하는 경우 모두 과녁의 중심을 향해 서로를 향해 운전합니다. 그것은 정말 큰 파도로 이어집니다.

(23:27) 실제 바다에서 발생하는 메커니즘에 대한 통찰력을 제공한다고 생각합니다. 파도가 모든 방향에서 오는 경우는 그렇지 않습니다. 허리케인 상황에서 빠르게 변화하는 허리케인이 있는 경우를 제외하고는 그런 일이 절대 일어나지 않기 때문입니다. 그런 다음 파도는 XNUMX분에 한 방향에서 옵니다. 그리고 조금 후에 그들은 다른 방향에서 옵니다. 그러나 항상 우리가 방향성 분포라고 부르는 것이 있습니다. 그래서 일부는 여러 다른 방향으로 에너지를 퍼뜨립니다.

스트로가츠 (23:48): 그러면 Draupner 파동으로 이어졌을 조건을 시뮬레이션하려고 할 때 얼마나 많은 다른 방향이 작용했습니까? XNUMX~XNUMX개만 아니면...?

반 덴 브레머 (23:57): 우선, 우리가 해야 할 일은 어떤 파동도 생성할 수 없었습니다. 그래서 우리는 이 시설의 중심에서 중앙 게이지라고 부르는 기본적으로 과녁의 중앙에 있는지 확인하려고 했습니다. 그 지점에서 Draupner 플랫폼의 측정 시계열을 실험실. 그래서 우리는 실제로 1995년의 기록처럼 중앙 위치에서 그 파동뿐만 아니라 그 주변의 몇 개의 파동에서 정확히 관찰된 것을 가졌습니다. 그래서 잠시. 그런 다음 방향 정보에 대해 약간의 자유가 있었지만 현실적이기를 원했습니다. 그러나 우리는 몇 가지 가정을 해야 했습니다. 그리고 당시의 날씨로부터 얻은 몇 가지 증거, 즉 날씨의 "힌트캐스트(hindcasts)"가 있었습니다. 즉, 날씨가 어땠는지에 대한 사후 예측으로, 서로 다른 방향에서 바람과 시스템이 있다는 정보가 있었습니다.

(24:42) 그래서 우리는 그 당시 존재했던 모든 에너지가 아마도 두 개의 서로 다른 시스템에서 나왔을 것이라고 주장할 몇 가지 주장이 있었습니다. 그리고 이 두 가지 다른 시스템에 우리는 그들만의 방향성 확산을 제공했습니다. 그래서 여러분이 원한다면, 각각 약간의 방향성 확산이 있는 두 개의 시스템이 있습니다. 그래서 그들은 몇 가지 각도를 넘어섰습니다. 그리고 이 두 시스템 사이에 서로 다른 각도가 있을 때, 두 시스템 사이의 각도가 우리가 변경한 각도였습니다.

스트로가츠 (25:04): 대략적인 아이디어를 주세요. 뭐, 일종의 공명 효과가 있나요? 최고의 각도가 있습니까?

반 덴 브레머 (25:09): 우리는 기본적으로 모든 것이 한 방향으로 있으면 부서진다는 것을 발견했습니다. 그것은 깨질 것입니다. 그런 다음 시스템을 분리해야 했습니다. 그리고 우리는 60도에서 가까워지고 있다는 것을 발견했습니다. 그리고 우리는 120도까지 올라가야 했습니다. 그러나 우리는 이것을 거대한 해상도로 하지 않았습니다. 100도든 140도든 말하기는 어렵지만 적어도 60도보다 크면 에너지가 충분히 퍼질 수 있고, 충분히 교차하고, 교차 각도가 충분하여 충분히 높은 파도를 얻을 수 있습니다. 그리고 교차 각도를 더 크게 만들면 더 큰 방법이 가능하다고 생각합니다. 그래서 횡단이 필요하다는 표시를 했을 뿐입니다. 그러나 우리는 정확히 얼마나 많은 교차점을 말할 수 없었습니다.

스트로가츠 (25:47): 알겠습니다. 그리고 스케일링에 대한 아이디어를 간략하게 언급하셨습니다. 그래서 우리는 잠시 동안 밑줄을 쳐야 할 것 같습니다. 여러분은 바다에서 보이는 것과 같은 파도를 얻으려고 하지 않습니다.

반 덴 브레머 (25:58): 또는 상상할 수도 있습니다. 실제 파도는 수십 미터, 맞습니다. 바다 또는 25미터인 반면, 이 실험에서는 수십 센티미터에 대해 이야기하고 있으므로 훨씬 더 작습니다. 그래서 기본적으로 우리가 해야 할 일은 가장 중요한 부분이 가파른 정도라고 생각해야 한다는 것입니다. 따라서 경사도는 기울기입니다. 따라서 높이가 아니라 변형이 발생하는 길이로 나눈 높이입니다. 그리고 우리는 확장할 수 있습니다. 그것은 한 부분입니다. 그래서 우리는 모양이 맞습니까? 원하는 경우 올바른 모양, 올바른 각도를 갖습니다. 그런 다음 이 시스템을 설명하는 지배 방정식을 알고 있습니다. 이러한 지배 방정식을 사용하면 모양의 크기를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 모양의 크기를 조정한 후 시간 척도도 조정할 수 있습니다. 시간 척도를 조정해야 하기 때문입니다. 실험실의 파도가 현장의 파도보다 훨씬 빠르고 훨씬 짧기 때문입니다.

(26:47) 그리고 이러한 파동을 일으키는 물리학을 통해 우리는 시스템을 설명하는 특징적인 숫자인 Froude 수라는 것을 기반으로 이를 확장할 수 있습니다. 그리고 그 스케일링은 성공적이었습니다. 그리고 그 스케일링은 매우 잘 작동하기 때문에 많은 해양파 과학이 실험실에서 수행되는 이유였습니다. 그리고 핵심 프로세스를 모두 잃지 않고 칩 테스트를 해제할 수 있습니다. 즉 실험실 환경에서 웨이브 조건을 테스트할 수 있습니다. 사실, 올바른 작업을 수행하는 데 필요한 많은 핵심 프로세스를 유지해야 합니다.

스트로가츠 (27:16): 음, 불량 파도의 통계에 대해 이야기하기 위해 기어를 약간 바꾸겠습니다. 당신이 참여했던 연구 중 하나는 통계 그래프를 살펴보고 그래프의 고주파 꼬리에서 에너지의 1%를 약간만 제거하면 어떤 일이 일어날지에 대해 질문했다고 생각합니다. 그 연구에 대해 말씀해 주시겠습니까?

반 덴 브레머 (27:36): 그래서 이것은 다시 실험실에서 무언가를 만들려고 시도하는 것에 관한 것입니다. 그리고 여러분이 생각해 본다면 – 여기서 파동 스펙트럼이라는 개념을 소개해야 합니다. 따라서 파동 기후를 이해하고 싶다면(즉, 이것은 기본적으로 해당 시점의 파동이 무엇인지) 파동 스펙트럼이라는 것을 플롯합니다. 그래서 그것은 당신에게 모든 다른 주파수에 대한 에너지 분포의 표시를 제공합니다. 맞습니까? 당신은 일반적으로 - 이 파동 스펙트럼은 특정 최고점을 가지고 있으며, 그것이 지배적인 곳입니다. 아마도 해변에 앉아있을 때 관찰하게 될 기간일 것입니다. 그러나 꼬리도 있습니다. 꼬리는 그래프의 오른쪽에 있습니다. 따라서 높은 주파수에는 꼬리가 있고 그 꼬리에는 에너지가 있습니다. 하지만 그 꼬리는 실험실에서 만들기가 엄청나게 어렵습니다. 예를 들어 1Hz 파동이 있는 경우 꼬리에 도달하려면 5, 6Hz에 도달해야 할 수 있습니다. 그리고 바다에 있는 꼬리입니다. 그러나 연구실에서 그 꼬리를 바로 잡는 것은 어렵습니다. 그리고 이것은 스케일링 종류의 일부가 무너지는 곳입니다.

(28:33) 그리고 우리는 만약 당신이 그 꼬리를 잘못 잡으면 – 일반적으로 당신의 조파 장치가 단순히 이러한 고주파수를 생성할 수 없기 때문에 – 실제 바다보다 스케일링이 훨씬 더 높기 때문에 이 주파수가 너무 높아진다는 것을 보여줍니다. — 너무 높아서 패들이 일반적으로 충분히 빨리 진동할 수 없습니다. 그렇죠? 그리고 그것은 단지 작동을 멈춥니다. 따라서 그 꼬리는 만들기가 매우 어렵습니다. 따라서 사람들은 일반적으로 그것을 차단합니다. 그들은 "음, 2Hz 이상에서는 일반적으로 웨이브 생성을 신뢰하지 않기 때문에 성공하지 못할 것입니다."라고 말합니다.

(29:00) 그러나 이 꼬리를 만드는 파동 물리학의 비선형 프로세스가 있습니다. 예를 들어 비선형 슈뢰딩거 방정식과 같이 스펙트럼이 이를 설명하는 비선형 방정식과 평형을 이루려면 꼬리가 있어야 하기 때문입니다. 꼬리를 빼면 다시 돌아올 수도 있습니다. 그리고 돌아올 때 더 큰 파도를 만듭니다.

(29:19) 그래서 우리가 연구한 논문은 실험실에서 로그 웨이브에 관심이 있다면, 특히 로그 웨이브가 단방향(한 방향으로)일 때 매우 조심해야 한다는 것입니다. 아무 대답도 하지 않고 실수로 무언가를 꺼내면 그 꼬리에는 별 일이 없고 에너지가 아주 아주 적습니다. 잘못된 파도에 관해서는 비선형 물리학이 다시 넣은 것을 실수로 제거할 수 있지만 더 많은 파도를 얻을수록 원하는 것보다 더 많이 제거할 수 있습니다. 그리고 그것은 실제로 대표적인 것이 아닙니다. 그래서 우리가 보여준 것처럼 이 꼬리에 대해 조심해야 합니다. 이는 매우 중요하며 확장하기 어렵고 실험실에서 제대로 작동하기 어렵습니다.

스트로가츠 (29:51): 그렇다면 이러한 종류의 실험을 충실히 수행하는 것이 어렵다는 점에 대한 기술적인 문제라고 생각해야 할까요?

반 덴 브레머 (30:00): 할 수 있을 것 같아요. 그리고 저는 그것이 항상 한계가 될 것이라고 생각합니다. 왜냐하면 우리는 아마도 이것들을 만들 수 없을 것이기 때문입니다. 정말, 정말, 정말, 정말, 정말 빠르게, 다양한 주파수에서. 그것은 항상 어렵습니다. 악기가 있다면 어떤 주파수는 정말 잘 만들 수 있고 다른 주파수는 잘 못 만들 수도 있습니다. 그리고 그것은 악기의 크기, 이 경우에는 패들의 크기에 의해 결정됩니다.

(30:18) 그래서 기본적으로 일부 실험에 대한 경고 이야기라고 생각합니다. 그리고 파도 탱크 실험을 기반으로 설계되는 많은 것들이 있습니다. 이전에는 꼬리를 실제로 기술적인 가정으로 생각했습니다. “우리는 실용적인 가정을 하고 한계를 2Hz로 설정했습니다. 그리고 그것은 중요하지 않습니다. 무시하자.” 그리고 우리는 그것이 사실 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 중요하다는 것을 보여줍니다. 그리고 우리는 그것에 대해 아주 아주 조심해야 합니다.

스트로가츠 (30:41): 조금 더 넓은 관점으로 돌아가 보겠습니다. 비선형 슈뢰딩거 방정식이 등장하는 다른 분야에 대해 언급하셨습니다. 광학에서; 어쩌면 우리는 생각할 수 있습니다… 사람들은 요즘 고속 인터넷을 통해 일부 통신이 광섬유를 통해 발생할 수 있다는 것을 알고있을 것입니다. 그렇다면 파도가 작용하는 다른 분야가 있습니까? 그리고 우리가 이 지식을 적용할 수 있는 악성 파도에 상응하는 것이 있습니까?

반 덴 브레머 (31:07): 맞습니다. 글쎄요, 저는 즉시 자격을 갖추어야 합니다. 그것들은 제 분야가 아닙니다. 그래서 저는 정말 사지에 나가고 있습니다. 그러나 나는 실제로 당신이 설명한 분야에 있다고 말하려고 노력할 것입니다. 기본적으로 우리가 다루고 있는 광학도 파동과 관련되어 있습니다. 그렇죠? 이를 설명하는 방정식은 축소된 형태와 유사합니다.

(31:24) 이러한 시스템이 너무 많습니다. 기본적으로 두 가지를 결합했습니다. 제가 이전에 설명했던 이 메커니즘인 분산이 있습니다: 서로 다른 분산 행동의 서로 다른 파동입니다. 당신과 내가 이야기할 때, 우리는 그다지 분산되어 있지 않습니다. 그러나 광파가 있으면 분산이 있을 수 있습니다. 실제로 물결이 있을 때 분산이 발생합니다. 이것이 하나의 효과입니다. 그리고 다른 효과는 비선형성의 효과입니다. 기본적으로 XNUMX과 XNUMX을 더하면 [XNUMX]가 되지 않습니다. 그리고 이 두 가지 기본 효과는 기본적으로 많은 파동 현상에 걸쳐 발생합니다.

(31:54) 그리고 그것들을 함께 가지고 두 가지를 모두 포함하는 가장 간단한 방정식을 작성하려고 하면 이 비선형 슈뢰딩거 방정식이 됩니다. 그리고 이 방정식은 분산과 비선형성을 얻는 가장 간단한 방법이기 때문에 이 모든 다른 분야에서 발생하기 때문에 강력합니다. 함께 복용. 비선형 슈뢰딩거 방정식이 취하는 형식, 즉 한편으로는 분산에, 다른 한편으로는 비선형성에 부여되는 가중치가 다릅니다. 필드에 따라 다르고 재료의 특성에 따라 다릅니다. 예를 들어 광 케이블에 대해 이야기하는 경우 25m x XNUMXm의 물로 가득 찬 대야에 대해 계수가 다릅니다. 그러나 시스템, 방정식은 동일합니다.

스트로가츠 (32:35): 당신의 영역이 아니라고 했기 때문에 당신을 찌르는 것을 용서하십시오. 하지만 광학 분야에서 일하는 친구들이 그들이 관심을 가질 필요가 있는 악의적인 파도와 같은 것을 보는 것을 알고 있습니까?

반 덴 브레머 (32:46): 이 비선형 슈뢰딩거 방정식과 그 변형에는 모든 종류의 아름다운 해가 있습니다. 그리고 이러한 아름다운 솔루션 중 일부는 악성 파도가 될 수 있는 예입니다. 그리고 이 아름다운 솔루션에는 특정 수학적 형식이 있습니다. 그리고 이들 중 일부는 거의 "생물"이라고 부를 수 있습니다. 귀하가 설명한 고독한 파도와 같은 유형의 솔루션이지만 "브리더"라고도 하는 것입니다. 이것들은 그들이 숨쉬는 파도입니다. 그래서 그들은 커졌다가 다시 사라집니다. 그리고 그들은 공간에서 숨을 쉴 수 있습니다. 공간에서 한 번 발생할 수 있습니다. 또는 시간에 발생할 수 있습니다. 시간에 한 번 발생합니다. 그리고 이러한 브리더 구조물은 아시다시피 실험실에서 아주 쉽게 만들 수 있습니다. 우리 유체 연구실, 맞습니다. 큰 수로가 있습니다.

(33:25) 그러나 이와 유사하게 이러한 브리더는 광학 및 다양한 매체에서 관찰되었습니다. 그리고 실제로, 그곳이 필드가 만나는 곳이라고 생각합니다. 이 생물체는, 저는 그들을 브리더라고 부르기를 좋아합니다. 그들은 여러 다른 미디어에서 관찰되었습니다. 제 경우에는 물이라는 정말 단순한 것.

스트로가츠 (33:48): 아주 잘 표현했습니다. 수학과 컴퓨터는 어떻습니까? 우리는 그들에 대해 너무 많이 이야기하지 않았습니다. 내 말은, 나는 다양한 종류의 비선형 시스템에서 작업하는 것을 좋아하는 사람이기 때문에 그들이 수학적으로 분석하기가 매우 어렵다는 것을 알고 있습니다. 그리고 이러한 공간적 측면이 있고 일부 다차원이 작용해야 하는 경우에는 더욱 그러할 것이라고 확신합니다. 계산도 어려워야 하고, 수학은 더 어려워야 합니다. 그 모든 것에 대해 우리에게 할 말이 있습니까? 엄격하게 실험적이고 통계적인 주제입니까?

반 덴 브레머 (34:21): 아니오, 제 생각에는 – 제 생각에는 원래 제 생각에는 – 제 말은 불량 파동의 관점에서 불량 파동은 아마도 현장에서 많이 연구되기 전에 수학적으로 연구되었다는 것입니다. 많은 측정. 그리고 실험실에서 이러한 파동에 대한 연구는 이제 막 시작되었습니다. 아마도 비교적 단순한 방정식이기 때문에 수학적 커뮤니티가 물결파를 시작했다고 생각합니다. 시공간적으로 진화가 있기 때문에 어렵다고 생각할 수도 있겠지만, 적어도 물은 물이겠죠? 따라서 속성이 변경되지 않습니다. 그리고 자유면이 있어서 힘들죠? 기본적으로 공기가 있고 어느 순간 물이 있습니다. 둘 사이에 구분선이 있는 위치를 정의해야 합니다. 그것은 어렵지만 이것은 엄청나게 풍부한 분야입니다. 지배 방정식이 단순하고 경계 조건이 어렵기 때문에 우리는 운이 좋다고 생각합니다. 그리고 이것은 여러분이 발전할 수 있고 풍부한 수학적 도구 세트를 적용할 수 있는 무언가를 만듭니다.

(35:14) 하지만 이 분야의 최전선을 생각한다면, 그 최전선은 아마도 파고들 것입니다. 그리고 이것은 정확히 그 방정식이 그렇게 단순하지 않게 되는 때입니다. 따라서 파동이 전파되는 방식을 정확히 이해할 수 있게 해주는 아름다운 수학적 도구는 작동을 멈춥니다. 그리고 거기에서 우리는 실제로 대형 컴퓨터에 의존하고 무차별 대입 수치 시뮬레이션을 수행해야 합니다.

(35:35) 부서지는 파도를 상상해 보십시오. 그리고 여러분은 해변에서 그것들 중 하나를 보았을 것이고, 여러분은 모든 하얀 모자와 공기 연행을 볼 것입니다. 그리고 그것은 엄청나게 어려워집니다. 그리고 제 생각에는 이 분야의 개척자가 있는 곳입니다. 그리고 그것은 또한 동료들과 제가 대안을 찾고 있는 곳이기도 합니다. 예를 들어 기계 학습 유형의 기술은 한편으로는 부서지지 않는 파동에 대한 멋진 수학 방정식의 조합을 만드는데 수십 년 동안 방정식이 사용되었습니다. 그리고 우리는 많은 파동과 다양한 위치를 측정하는 실험실 실험과 결합합니다. 그리고 이러한 정보를 데이터 기반 기계 학습 유형 기술과 결합합니다. 따라서 우리는 비선형성과 분산이 있는 단순(또는 "단순"이라고 함) 비선형 슈뢰딩거 유형 방정식의 힘을 여전히 가질 수 있으며, 이러한 새롭거나 상대적으로 새로운 계산 방법, 기계 학습 유형 방법을 이해할 수 있습니다. 제가 생각하는 것은 파동의 진화, 심지어 부서지기 시작하는 큰 파도를 예측할 수 있는 최종 개척지인 파동입니다.

스트로가츠 (36:35): 오, 좋은 요약이네요. 그리고 기계 학습이 수행할 수 있는 역할에 대해 생각하는 것은 매우 고무적입니다. 왜냐하면 기계 학습은 거의 모든 과학 분야에서, 심지어 과학 외부에서도 매우 뜨거운 영역처럼 보이기 때문입니다. 그래서 당신이 그런 말을 들어도 전혀 놀랍지 않은 것 같아요. 하지만 여전히 매우 흥미진진합니다. 그리고 당신은 이 예측의 문제를 다루었습니다. 그것이 내가 당신에게 던지고 싶은 마지막 질문이었습니다. 사람들이 토네이도나 지진을 예측하는 것과 같은 방식으로 악성 파도를 예측할 수 있을 것이라고 생각하십니까? 내 말은, 모든 분야에서 이것은 까다로운 사업입니다.

반 덴 브레머 (37:10): 여기에 두 가지 수준의 예측이 있다고 생각합니다. 맞습니까? 하나는 확률이 증가하는 환경을 예측하는 것입니다. 그래서 저는 우리가 그렇게 할 수 있을 것이라고 생각합니다. 예를 들어, 특정 바다 또는 특정 운송 경로가 있고 "이러한 조건에서 발생할 가능성이 훨씬 더 높습니다. "라고 말합니다. 그리고 그것은 아마도 불량 웨이브 때문에 우리가 필요로 하는 수준일 것입니다. 발생하면 두 개의 웨이브를 기다려야 합니다. 그리고 만약 당신이 만약 주파수가 받아들일 수 없게 된다면, 그렇죠? 그래서 당신은 “평균적으로 반나절에 한 번 발생합니다. 따라서 수천 번의 파도에 한 번씩.” 그러면 이것을 내비게이션으로 사용하는 것이 허용되지 않습니다. 우리가 도달할 수 있는 수준입니다. 그리고 우리는 현장 데이터에 대한 이해를 기반으로 약간의 진전을 이루고 있습니다.

(37:51) 다른 유형의 예측은 우리가 한 위치에 있는 경우 일종의 실시간 예측입니다. 또는 실제로… 그리고 그것은 매우 어렵습니다. 그리고 이것이 필요한 응용 프로그램이 있다고 생각합니다. 예를 들어, 배에 헬리콥터를 착륙시키는 것입니다. 이런 종류의 실시간 예측이 필요합니다. 여러분은 몇 초의 지연을 두고 이렇게 말해야 합니다. “좋아요, 이것은 파도 시스템이 될 것입니다. 이것은 파도가 어떻게 될 것입니다. 이것이 당신의 배의 움직임이 될 것입니다.” 불량 웨이브는 이러한 통계적 특이치이기 때문에 매우 어렵습니다. 따라서 이것을 예측하려면 엄청난 양의 데이터가 필요합니다. 기본적으로 이러한 일을 예측할 수 있으려면 엄청난 양의 데이터가 필요합니다. 매우 드물기 때문입니다.

스트로가츠 (38:31): 정말 즐거웠습니다. 매우 감사합니다. 파도 전문가 Ton van den Bremer와 이야기를 나눴습니다. 오늘 함께해주셔서 다시 한 번 감사드립니다.

반 덴 브레머 (38:37): 감사합니다. 그것은 기쁨이었다.

아나운서 (38:43): 우주 여행은 영리한 수학에 달려 있습니다. 미지의 태양계 찾기 Quanta Magazine의 새로운 일일 수학 게임, Hyperjumps. Hyperjumps는 한 외계 행성에서 다음 행성으로 로켓을 이동하기 위한 간단한 숫자 조합을 찾는 데 도전합니다. 스포일러 경고: 이길 수 있는 방법은 항상 한 가지 이상입니다. 아스트랄 산술 테스트 hyperjumps.qualamagazine.org.

스트로가츠 (39 : 14) : 이유의 기쁨 의 팟캐스트입니다. Quanta Magazine, Simons Foundation에서 지원하는 편집 독립 간행물. Simons Foundation의 자금 지원 결정은 주제 선택, 게스트 또는 이 팟캐스트 또는 Quanta Magazine. 이유의 기쁨 Susan Valot와 Polly Stryker가 제작합니다. 편집자는 John Rennie와 Thomas Lin이며 Matt Carlstrom, Annie Melcher 및 Zach Savitsky의 지원을 받습니다.노나 맥케나]. 우리의 테마 음악은 Richie Johnson이 작곡했습니다. Julian Lin이 팟캐스트 이름을 생각해 냈습니다. 에피소드 아트는 Peter Greenwood가 담당했고 로고는 Jaki King이 담당했습니다. Cornell Broadcast Studios의 Bert Odom-Reed에게 특별히 감사드립니다. 저는 호스트인 Steve Strogatz입니다. 질문이나 의견이 있으시면 다음 주소로 이메일을 보내주십시오. [이메일 보호] 듣기 주셔서 감사합니다.