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几乎垂直而起,高达10层楼的泡沫水墙,砸在舷窗上,淹没了上层甲板的船舱.30米高的巨浪骤然涌起,将船只像软木瓶塞一样抛来抛去,片刻之后,一切平复,巨浪退回大洋深处.
几个世纪以来,水手们传说着海中一些凭空涌现的巨大“异常涌浪”.由于鲜有确凿的证据,巨浪的高度在口耳相传中越传越神,科学家长期以来把它们视为不足以信的玄虚故事.
约半个世纪前,对异常巨浪的怀疑主义者开始使用科学证据来论证.据当时科学家对异常海浪产生的最合理解释：每三万年才可能会出一次30米的大浪,因此关于“异常涌浪”的传说可和美人鱼和海怪一起归为神话.
然而,我们现在知道涌浪绝非海事神话.
波是一种使两点之间能量产生移动的扰动.最常见的波发生在水中,但还有很多其他种类的波,例如：不可见的无线电波通过空气传播.虽然横跨大西洋的波浪和电波不同,但它们都遵照相同的原理,并且可用相同的数学公式来描述.
传说中的异常涌浪高度至少是"有效波高"的两倍,“有效波高”是指在给定时间段内前1/3高波浪的平均值.根据卫星测量,异常涌浪不仅存在,而且还频繁发生.这次怀疑论者是大错特错,而久传的民间神话则证实是确凿的自然现象.
新的认识使得科学家们又面临新的难题.鉴于存在的事实,是什么原因导致异常涌浪?对于航海之人来说,更重要的是它们能被预测吗?
直到20世纪90年代,科学界关于海浪如何形成的理论深受英国数学家和海洋学家朗特-希金斯的影响.在20世纪50年代开始出版的著作中,他指出,当两个或更多波浪相撞时,通过一个称为“建设性干涉”的过程,会形成更大的波浪.根据“线性迭加”的原理,新波的高度应该只是原波高度的总和.根据这种观点,只有足够的波浪聚集在一点,异常涌浪才能形成.
然而在20世纪60年代,证据表明事实可能并不那么简单.重要的研究者是在剑桥大学做过浅水长池中的波浪动力学研究的数学家和物理学家本杰明.
本杰明和他的学生费尔一起注意到,虽然波可能始于恒定的频率和波长,但生成后不久就会意外地发生变化.波长较长的会抓住波长较短的.这意味着许多能量最终集中在一个大浪时会瞬间即逝.
起初,本杰明和费尔认为设备存在问题.然而,当他们在伦敦附近的英国国家物理实验室的更大的储罐中重复实验时,结果是一样的.而且其他科学家也获得了同样的结果.
多年来,大多数科学家认为,这种“本杰明-费尔不稳定性”只发生在人工实验室生成的同一方向的波浪中.然而面对实践中的证据,这种假设越来越站不住脚.
1978年12月12日凌晨3点,大西洋中部一艘名为慕尼黑的德国货船发出了求救信号.尽管进行了广泛的搜救,但该船从此消失,27人丧生.一艘救生艇被找回.这艘救生艇原本放在船身吃水线以上66英尺（20米）处,完全没有曾放落使用过的迹象,但艇身似乎受到了极强的冲击.
然而,真正导致对异常涌浪的认识彻底改变是1995年元旦下午3时20分,冲击了挪威海岸卓普尼石油平台的一个巨浪.当时飓风正劲,12米的海浪正冲击着钻机.工人们已经被安置在室内.没有人看到波浪,但是由激光测距仪记录下来的巨浪,从波谷到波峰高达26米,有效波高10.8米.根据当时的认识,这种大浪每一万年才有可能发生一次.
卓普尼巨浪揭开了巨浪科学的新篇章.来自欧盟高浪项目的科学家分析了2003年三周内的三万张卫星图像时,发现全球最高的10个大浪达到或超过了25米.
芬兰阿尔托大学的夏布布说：“卫星观测表明海洋中存在的异常涌浪比线性理论预测的要多得多,这必有其他原因.”
在过去的20年左右,夏布布等研究人员试图解释为什么异常涌浪超乎预知的如此普遍.正如朗特-希金斯所指,异常涌浪不是线性的,而是非线性系统的一个典型.
非线性方程是输出变量和输入变量不成正比的方程.如果波以非线性方式相互作用,则无法通过叠加原高来计算新的波高.相反,一组波中的某一个可能会以吸收其他波的能量而快速高涨.
当物理学家想要研究像原子这样的微观系统如何随时间变化时,他们经常使用一种称为薛定谔方程的数学工具.事实证明,某些薛定谔方程的非线性版本可以用来解释为何异常涌浪能够形成.其基本理论是,当波浪变得不稳定时,可以通过“窃取”其他波的能量而快速生长.
研究人员已经证明,非线性薛定谔方程可以解释海浪统计模型如何通过能量聚焦突然增长到极端高度.2016年的一项研究中,夏布布将相同的模型应用于更现实,不規则的海况数据,并发现异常涌浪仍可能发生.
夏布布说：“我们现在能在实验室环境中产生仿真的异常涌浪,条件和海洋类似.如果一个非线性系统能够产生灾难性的异常涌浪,就不应让海上平台和船舶的设计标准以线性理论作依据.”
不过并不是每个人都相信夏布布找到了终极答案.
柏林马克斯·玻恩研究所的光学物理学家斯坦梅耶认为：“夏布布检验了孤立的波浪,没有考虑其他波浪的干涉,“但”很难想象实际在海洋中没有其他干涉存在.”
相反,斯坦梅耶和他的同事伯克霍尔兹研究了不同类型的异常涌浪的数据.他们察看了1995年卓普尼石油平台被冲击前的波浪高度、激光束射入光缆的异常明亮的闪光,以及在离开气体容器时突然激化的激光束,目的是要弄清异常涌浪究竟是否可以预测.
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参考文献：
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