Ny undersøgelse hjælper med at afkode bevægelsesmønstrene for tsunami-lignende ensomme bølger

Et bestemt fænomen har forvirret videnskabsmænd i næsten to århundreder:ensomme bølger, underligt høj og hurtig, bevæger sig uafhængigt af ebbe og flod omkring dem.

For nylig, en presserende grund til at forstå disse bølger blev klar, da enorme versioner af dem - monstertsunamier - dræbte mere end en kvart million mennesker i det sydlige Asien i 2004 og tæt på 20, 000 i Japan i 2011.

Georgios Vatistas, professor i maskinteknik ved Concordias Gina Cody School of Engineering and Computer Science, har brugt årtier på at afkode disse ensomme bølger og forudsige deres bevægelser. Hans nyeste resultater, offentliggjort denne måned i tidsskriftet Fysisk gennemgang E , skubbede feltet frem ved at observere, hvordan bølgerne opfører sig, når de opstår i en serie.

Vatistas' forskning tyder på, at der er meget at lære af disse "klynger" af ensomme bølger. De organiserer sig på spændende måder, bevæger sig i uventet harmoni.

Holdet i hans laboratorium registrerede bølgerne, der opstod spontant, men samtidigt. De arrangerede sig hurtigt symmetrisk, alle jævnt fordelt, kører med samme hastighed.

Ser på dem, en iagttager ville blive mindet om en dans, siger Vatistas.

"Vi ved, hvordan klyngerne opfører sig. Nu, som ingeniører, hvordan bruger vi dette til at forbedre menneskelivet?"

Eksempler i hele naturen

Tsunami-lignende bølger sker langt ud over oceaner og floder. Fænomenet optræder overalt i naturen og teknologien:i elektriske kredsløb, i akustiske bølger, i atmosfæren omkring Nord- og Sydpolen, i plasma væsker, optiske fibre, DNA bevægelse, selv i kvanteteorien.

Jo mere Vatistas har lært om deres unikke bevægelser, jo mere fascinerende finder han dem.

"Hvis du har to ensomme bølger, for eksempel, rejser mod hinanden, de kan passere gennem hinanden praktisk talt upåvirket, " forklarer Vatistas. Simuleringer har vist, at bølger vil støde sammen og derefter fortsætte på deres vej.

Endnu mere dramatisk, havets tsunamier kan rejse utroligt hurtigt - hurtigere end en Boeing 747 jumbojet.

Når bølgerne skabes i et laboratorium, endnu mere nysgerrige mønstre dukker op.

Vatistas bruger en cylindrisk tank lavet af plexiglas med et udløb i den ene ende stoppet med en prop. Tanken kan fyldes med vand og derefter styres, med vandets bevægelse fanget på kamera.

I fortiden, Vatistas viste, at bølgerne danner former i det tomme rum i deres kerne skabt af centrifugalkraft. Omgivet af mure af vand, en trekant vises, derefter en firkant, en femkant og en sekskant.

Vatistas skabte først en roterende solitær bølge i 1990 - en bølge er lettere at studere, når den cirkler eller roterer i stedet for at bevæge sig i en lineær retning, eliminerer behovet for at jagte dens fremskridt.

Vatistas' forskerhold består af Hamid Ait Abderrahmane fra Khalifa University i Abu Dhabi, Concordia ingeniørprofessor Hoi Dick Ng og kandidatstuderende Pooya Soltanian Sedeh. Til denne undersøgelse, de skabte en klynge eller serie af bølgerne. Deres rekord er 13 i samme kredsløb.

Efter deres overraskende koordinerede "dans, "holdet så på, mens alle bølgerne samlede sig på det samme sted og derefter døde ud samtidigt, et øjeblik, de i øjeblikket forsøger at kvantificere mere præcist.

At udnytte det

Bortset fra at forsøge at forudsige tsunamier mere præcist - et felt, der er vokset i de senere år, især i Japan efter 2011 – Vatistas har også set, hvordan forskere på andre områder har oversat og tilføjet hans resultater.

Det nye papir vil sandsynligvis være særligt interessant for matematikere, han siger. Bølgernes tempo var ikke forudset, tyder på, at de ikke fuldt ud kan modelleres af den eksisterende formel til at forudsige deres bevægelser, kaldet Korteweg-de Vries modellen. Ny matematik skal opdages for at redegøre for dem.

"Du skal forstå det, og så udnytter du det, " han siger.