Учёные Института теоретической физики РАН совместно с международными коллегами совершили важное открытие. Они нашли простое решение для одной из версий уравнения Шредингера и применили его для объяснения механизма внезапного возникновения гигантских "волн-убийц" в океане. Об этом сообщает пресс-служба института.
Ключ к пониманию океанской мощи
Распределение волн в океане неоднородно. Зоны с повышенной концентрацией волн способны "притягивать" энергию. Это приводит к формированию волн исключительной амплитуды в определённый момент и месте.
Нелинейность: сложность и предсказуемость
Гигантские "волны-убийцы", достигающие десятков метров и представляющие угрозу судам, а также их аналоги в оптике и электронике, мешающие телекоммуникациям, возникают из-за нелинейных процессов. Эти явления невозможно описать линейными уравнениями, так как их реакция на совокупность факторов не равна простой сумме реакций на каждый фактор в отдельности.
Такая особенность значительно усложняет прогнозирование. Долгое время считалось, что нелинейные системы хаотичны и быстро "забывают" исходное состояние даже после малых возмущений.
Однако исследования показали, что в определённых условиях возможен эффект "математического дежавю" – система способна возвращаться в исходное состояние. Это свидетельствует о наличии скрытых закономерностей, управляющих поведением сложных систем. Нелинейное уравнение Шредингера является ключевым кандидатом на роль описания таких закономерностей.
Экспериментальное подтверждение
В исследованиях российских учёных роль моделирующей системы сыграл кристалл с нелинейными оптическими свойствами. Его коэффициент преломления изменялся в зависимости от интенсивности света: ярко освещённые области фокусировали свет, а менее освещённые – рассеивали лазерные лучи.
Наблюдения за поведением света в этом кристалле подтвердили периодическое возникновение эффекта "дежавю". Было установлено, что динамика процесса успешно описывается нелинейным уравнением Шредингера.
Простое решение сложной задачи
Анализ экспериментальных данных позволил математикам вывести набор простых формул для точного расчёта этого уравнения. Эти формулы дали возможность восстановить исходные свойства лазерных лучей в момент их попадания в кристалл.
Перспективы открытия
Полученные формулы имеют широкую область применения. Они полезны не только для моделирования "волн-убийц" или помех в системах связи, но и в фундаментальных исследованиях. Например, они открывают новые возможности для изучения конденсата Бозе-Эйнштейна – экзотического состояния материи, ведущего себя как единый гигантский атом.
Изображение: Фотобанк Freepik
Источник: scientificrussia.ru