Ο Λόρδος Κέλβιν εξαφανίζεται στο ταχύπλοο Wakes;
Ο Λόρδος Κέλβιν εξακολουθεί να κάνει τα κύματα. Στη δεκαετία του 1880, ο μεγάλος Βρετανός φυσικός -τότε ένας κοινός που ονομαζόταν Γουίλιαμ Τόμσον- υποστήριξε ότι η μετάβαση ενός σκάφους φανεί στην ίδια γωνία, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινείται το σκάφος. Όμως, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί γνώριζαν από καιρό ότι τα σκάφη μερικές φορές φαίνεται να έχουν στενότερες αποδράσεις. Τώρα δύο Γάλλοι φυσικοί λένε ότι εξήγησαν αυτή τη στένωση. Ωστόσο, η ιδέα τους μπορεί να μην μπαίνει ομαλά στα σχολικά βιβλία, καθώς οι ειδικοί στη ναυτική μηχανική είναι δύσπιστοι.
Ένας άπληστος ναυτικός, ο Kelvin ανέλυσε τις αφυπνίσεις των σκαφών και κατέληξε σε ένα αρκετά περίεργο συμπέρασμα:Ανεξάρτητα από την ταχύτητα του σκάφους, θα πρέπει να παράγει μια αφύπνιση με "γωνία αφύπνισης" 19,47°. (Βλ. σχήμα.) Αυτή η περίεργη σταθερότητα προκύπτει για δύο λόγους. Πρώτον, η ταχύτητα ή η «ταχύτητα φάσης» των κυμάτων του νερού ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος τους, με τα μεγαλύτερα μήκη κύματος να ταξιδεύουν ταχύτερα από τα μικρότερα. Καθώς το σκάφος κινείται, δημιουργεί κύματα όλων των ταχυτήτων πιο αργά από το ίδιο το σκάφος. Και τα μακρύτερα κύματα γενικά απλώνονται πίσω του πιο γρήγορα από τα μικρότερα.
Για να γίνει μια σταθερή αφύπνιση, ωστόσο, τα κύματα πρέπει επίσης να επικαλύπτονται και να «επεμβαίνουν» με τον σωστό τρόπο. Για κύματα που κινούνται σχεδόν τόσο γρήγορα όσο το σκάφος, αυτή η παρεμβολή εμφανίζεται μόνο ακριβώς πίσω από το σκάφος. Έτσι τα πιο γρήγορα κύματα παράγουν επίσης μια στενή αφύπνιση. Συνδυάζοντας αυτούς τους δύο παράγοντες, ο Kelvin ανακάλυψε ότι το πλάτος της αφύπνισης καθορίζεται από κύματα που ταξιδεύουν με ένα σταθερό κλάσμα της ταχύτητας του σκάφους:81,6%. Λόγω αυτής της αναλογικότητας, η γωνία αφύπνισης είναι πάντα η ίδια, καθώς όσο πιο γρήγορα πηγαίνει το σκάφος τόσο πιο γρήγορα εξαπλώνεται η αφύπνιση.
Τουλάχιστον, έτσι λειτουργεί στη θεωρία. Στην πράξη, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί γνώριζαν από καιρό ότι τα σκάφη και τα πλοία μερικές φορές φαίνεται να παράγουν στενότερες ερεθίσεις με μικρότερες γωνίες. Οι ερευνητές προσπάθησαν να εξηγήσουν ότι η στένωση ως αποτέλεσμα του πεπερασμένου βάθους του νερού, των κυμάτων που υπάρχουν ήδη στην επιφάνεια ή των περίπλοκων, «μη γραμμικών» αλληλεπιδράσεων των κυμάτων.
Τώρα, ο Marc Rabaud και ο Frédéric Moisy από το Πανεπιστήμιο του Paris-Sud στο Orsay της Γαλλίας, λένε ότι βρήκαν μια απλούστερη εξήγηση. Εάν ένα σκάφος πηγαίνει πιο γρήγορα από μια ορισμένη ταχύτητα που καθορίζεται από το μήκος του κύτους του, υποστηρίζουν, δεν μπορεί να δημιουργήσει κύματα με μήκη κύματος μεγαλύτερα από το κύτος. Αυτή η «αποκοπή» μήκους κύματος περιορίζει στη συνέχεια την ταχύτητα των κυμάτων και επομένως το πόσο γρήγορα μπορεί να εξαπλωθεί η αφύπνιση. Έτσι, καθώς το σκάφος ανεβάζει ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα, το πέρασμά του τεντώνεται και στενεύει.
Οι φυσικοί δοκίμασαν την ιδέα τους με δορυφορικές εικόνες σκαφών και πλοίων από τον ιστότοπο Google Earth, μετρώντας τη γωνία αφύπνισης και το μήκος του σκάφους από τις φωτογραφίες και συνάγοντας την ταχύτητα του σκάφους από τις λεπτομέρειες του αφύπνισης. Σίγουρα, η γωνία αφύπνισης παρέμεινε σταθερή μέχρι μια ορισμένη ταχύτητα - στην πραγματικότητα ένας ορισμένος "αριθμός Froude", ο οποίος είναι ένας συνδυασμός της ταχύτητας και του μήκους του σκάφους - και στη συνέχεια πέφτει όπως είχε προβλεφθεί, αναφέρουν οι ερευνητές σε μια εφημερίδα που εκδόθηκε στο Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης . Οι προσομοιώσεις δείχνουν το ίδιο αποτέλεσμα.
«Αυτό που φαίνεται πιο πειστικό είναι η συμφωνία που έχουν με τις παρατηρήσεις», λέει η Laurette Tuckerman, ρευστοδυναμική στο Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας στο Εργαστήριο Φυσικής και Μηχανικής Ετερογενών Υλικών στο Παρίσι. Ταιριάζει τόσο καλά στα δεδομένα.
Δεν το αγοράζουν όλοι. Ο Rabaud και ο Moisy δεν εξηγούν ποτέ γιατί ένα σκάφος δεν μπορεί να διεγείρει τα κύματα περισσότερο από αυτό από μόνο του, λέει ο Yuming Liu, υδροδυναμικός στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ, ο οποίος λέει ότι μελετά ξυπνήματα πλοίων για 20 χρόνια. "Το επιχείρημά τους είναι πολύ απλό, αλλά δεν μπορείτε να κάνετε αυτή την υπόθεση", λέει ο Liu. Κατ' αρχήν, υποστηρίζει, η τυπική θεωρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό κάθε λεπτομέρειας μιας αφύπνισης. Έτσι, ο Rabaud και ο Moisy θα έπρεπε να είχαν χρησιμοποιήσει τέτοιους υπολογισμούς για να ελέγξουν την υπόθεσή τους πριν δημοσιεύσουν, λέει.
Ο Rabaud και ο Moisy μπορεί να μην μετρούν τη σωστή γωνία, λέει ο Robert Beck, υδροδυναμικός στο Τμήμα Ναυπηγικής Αρχιτεκτονικής και Ναυτικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Michigan, Ann Arbor. Μετρούν τη γωνία μεταξύ των πιο έντονων κυμάτων εκατέρωθεν του σκάφους. Αλλά με μαθηματικούς όρους, σημειώνει ο Beck, η γωνία αφύπνισης ορίζεται ως μια συγκεκριμένη πτυχή στο μοτίβο των κυμάτων - και αυτή η πτυχή θα μπορούσε να είναι πιο αμυδρή για ταχύτερα σκάφη. "Αν θέλετε να ορίσετε τη γωνία αφύπνισης ως αυτό που είναι πιο ορατό, τότε δεν πειράζει, το κάνουν σωστά", λέει ο Beck.
Ακόμα, ακόμα κι αν ο Rabaud και ο Moisy είναι όλοι βρεγμένοι, ο Beck και ο Liu δεν εξηγούν γιατί η θεωρία των φυσικών ταιριάζει τόσο καλά στα δεδομένα - εκτός από το να υποστηρίξουν ότι στην πραγματικότητα δεν ισχύει.
