Name: 科学は怪物波をどう説明するか (How science explains monster waves)
Uploaded: 2024-10-16T03:11:59.000Z
Duration: 6 min 17 s

基礎受動態

このエピソードのスポンサーはオーディブル。

Back in the day, sailors used to tell stories about these monster waves.

その昔、船乗りはよくこのような怪物の波の話をしたものだ。

程度の副詞

These waves were enormous, two to three times taller than the tallest average waves, even in stormy conditions, and big enough to sink ships as big as ocean liners and oil platforms.

これらの波は巨大で、荒天時でも平均的な波の高さの2倍から3倍の高さがあり、オーシャンライナーや石油プラットフォームなどの大型船を沈めるのに十分な大きさだった。

They would talk about being battered by this giant wave and barely living to tell the tale.

彼らはこの巨大な波に打ちのめされ、かろうじて生きていることを語るのだ。

And these waves would form in the open ocean, randomly, spontaneously, and without an obvious cause.

そしてこれらの波は、外洋でランダムに、自然に、明らかな原因もなく形成される。

しかし、人々は誇張する傾向がある。

And scientists who study the ocean didn't buy it.

海を研究する科学者たちはそれを信じなかった。

These tales of so-called rogue waves were happening far too frequently to be true.

いわゆるローグ・ウェーブの話は、事実というにはあまりにも頻繁に起こっていた。

And according to their calculations, rogue waves could form based on a wave phenomenon known as superposition.

そして彼らの計算によれば、重ね合わせとして知られる波動現象に基づいて、不正な波動が形成される可能性があるという。

When two waves combine crest to crest, the waves double in size.

2つの波がクレストとクレストで結合すると、波の大きさは2倍になる。

And when they combine trough to crest, they cancel out.

そして、谷と山が重なると、それらは相殺される。

So if a bunch of normal waves happen to meet at the right place at the right time, they could create one monster wave.

つまり、普通の波の束が偶然、適切な時間に適切な場所で出会えば、1つのモンスターウェーブを作り出すことができるのだ。

This wave would break with a force of 100 metric tons per square meter.

この波は1平方メートルあたり100トンの力で砕ける。

That's like 15 elephants standing on your car.

車の上に15頭の象が立っているようなものだ。

Needless to say, your little boat would not fare well.

言うまでもなく、あなたの小さなボートはうまくいかないだろう。

But according to superposition, these waves should be incredibly rare.

しかし、重ね合わせによれば、このような波は信じられないほど稀なはずだ。

They should happen maybe once every few years.

数年に一度くらいはあるはずだ。

And it took scientists until 1995, barely 20 years ago, to realize they were wrong.

そして、科学者たちが自分たちが間違っていたと気づくのに1995年までかかった。

On New Year's Day in 1995, a 25 and 1 half meter wave crashed against an oil platform off the coast of Norway.

1995年の元旦、25メートル半の波がノルウェー沖の石油プラットフォームに衝突した。

This wave was twice as high as any wave ever measured in that part of the ocean.

この波は、その海域でこれまで観測された波の2倍の高さだった。

And it wasn't a tsunami or a tidal bore, which is caused when ocean tides meet river currents.

津波でもなければ、海の潮流と川の流れがぶつかったときに起こる潮津波でもない。

So for the first time, a rogue wave was measured.

そこで初めて、不正な波が測定された。

And scientists could no longer deny their existence.

そして科学者たちは、もはやその存在を否定することはできなかった。

そこで彼らはさらに先を探した。

A study by the European Space Agency in 2001 using satellite data found more than 10 high amplitude rogue waves occurring within a three week period.

2001年に欧州宇宙機関が衛星データを用いて行った調査では、3週間以内に10回以上の高振幅のローグ波が発生していた。

So maybe all those ships of yore that disappeared into thin air were actually sunk by monster waves, because rogue waves aren't so rare after all.

ということは、忽然と姿を消した昔の船は、実は怪物波によって沈められたのかもしれない。

科学者たちはなぜそんなに間違っていたのか？

Well, it turns out ocean waves are really complicated, more complicated than just superposition.

海の波は実に複雑で、単なる重ね合わせよりももっと複雑なのだ。

Imagine trying to explain a human to an alien.

宇宙人に人間のことを説明しようとするのを想像してみてほしい。

You might start with a stick figure, which is pretty good.

棒人間から始めてもいいかもしれない。

You've got the head, torso, and some limbs.

But then try explaining the circulatory system.

しかし、それなら循環系について説明してみよう。

In the same way, superposition can describe some aspects of ocean waves.

同じように、重ね合わせは海の波のある側面を説明することができる。

But it's just too simple to explain most phenomena like rogue waves.

しかし、ローグ・ウェーブのようなほとんどの現象を説明するには単純すぎる。

Well, waves form due to many, many factors.

波というのは、多くの要因によって形成される。

Wind, tides, the geology of the ocean floor, differences in temperature throughout the ocean, even varying amounts of salt can affect ocean waves.

風、潮の満ち引き、海底の地質、海全体の温度差、塩分の量さえも海の波に影響を与える。

And you end up with this complicated, unexpected, chaotic system of wave behavior.

そして、この複雑で、予期せぬ、カオス的な波動システムに行き着く。

You can see interdependent behavior like this in something as simple as a double pendulum.

このような相互依存的な振る舞いは、二重振り子のような単純なものにも見られる。

But the pendulum's behavior soon becomes utterly unpredictable, because the motion of the bottom joint depends on the motion of the top joint.

しかし、下の関節の動きは上の関節の動きに左右されるため、振り子の動きはすぐにまったく予測できなくなる。

Physicists call these weird behaviors nonlinear effects.

物理学者はこうした奇妙な挙動を非線形効果と呼んでいる。

Many of the processes that we're familiar with are linear processes.

私たちがよく知っているプロセスの多くは、直線的なプロセスだ。

Baking cookies, for the most part, is linear.

クッキー作りは、ほとんどの場合、直線的だ。

If you double your ingredients, you make twice as many cookies.

材料を2倍にすれば、クッキーの数も2倍になる。

Similarly, when you use superposition to add two waves of the same size, the height doubles.

同様に、重ね合わせを使って同じ大きさの波を2つ足すと、高さは2倍になる。

On the other hand, watering a cactus twice as much doesn't necessarily mean it will grow twice as high.

一方、サボテンに2倍の水を与えても、2倍の高さに育つとは限らない。

それどころか、死んでしまうかもしれない。

これは非線形プロセスである。

It means that increasing your input doesn't necessarily increase your output, well, linearly.

インプットを増やしてもアウトプットが増えるとは限らないということだ。

Some phenomena seem linear at first, but in fact become nonlinear, like stretching a rubber band.

いくつかの現象は、最初は線形に見えるが、実際には輪ゴムを伸ばすように非線形になる。

If you pull twice as hard, it will stretch twice as long.

2倍強く引っ張れば、2倍長く伸びる。

But if you stretch it four, six, eight times as hard, it won't keep stretching proportionally.

しかし、4倍、6倍、8倍と強く伸ばしたとしても、それに比例して伸び続けることはない。

Despite the fact that the most common model of adding waves, superposition, is linear, ocean waves are nonlinear.

波を加える最も一般的なモデルである重ね合わせは線形であるにもかかわらず、海の波は非線形である。

Physicists and mathematicians figured out that only by adding in these nonlinear effects could they figure out why rogue waves are so common.

物理学者と数学者は、このような非線形効果を加えることによってのみ、不正な波がなぜこれほど一般的なのかを解明できると考えた。

It turns out that when you add two ocean waves, you don't necessarily double the height.

海の波を2つ足しても、高さが倍になるとは限らないことがわかった。

波は混沌としていて予測が難しい。

Depending on the scenario, you could have a bunch of normal waves passing by, and then through nonlinear processes, energy is passed between waves, concentrated on one wave that becomes a giant monster rogue wave.

シナリオによっては、通常の波が何本も通り過ぎ、非線形プロセスによって波と波の間でエネルギーが受け渡され、1本の波に集中し、それが巨大なモンスターとなる。

So now that we know about nonlinear chaotic effects, does that mean that our superposition model is no good?

では、非線形カオスの効果がわかった今、私たちの重ね合わせモデルはダメだということですか？

In certain circumstances, like calm water with small waves, you can use superposition to add and cancel out waves.

波が小さい穏やかな水のような特定の状況では、重ね合わせを使って波を加えたり打ち消したりすることができる。

Just like with our rubber band, it started out linear when you first start stretching it.

ゴムバンドと同じように、最初に伸ばしたときは直線的だった。

It's only when you take it to the extreme that it becomes nonlinear.

それが非線形になるのは、極端な場合だけだ。

Just like Newton's laws of motion are great until you move near the speed of light.

ニュートンの運動法則が、光速に近づくまでは素晴らしいものであるのと同じだ。

それなら、アインシュタインの相対性理論が必要だ。

This is an excellent reminder that science is based on models and not absolute truths.

これは、科学はモデルに基づいており、絶対的な真理ではないということを思い出させてくれる。

Scientists were wrong when they thought that they knew the entire picture about ocean waves.

科学者たちは、自分たちが海の波についての全体像を知っていると思っていたが、それは間違いだった。

But it's exciting when scientists are wrong.

しかし、科学者が間違っているときはエキサイティングだ。

It just means that there are so many more details hidden in nature that we have yet to discover.

自然界には、私たちがまだ発見していない多くのディテールが隠されているということだ。

Thank you so much for watching, and happy physicsing.

ご視聴ありがとうございました。

This episode of Physics Girl is supported by audible.com.

このエピソードはaudible.comの支援を受けています。

Right now, Audible is offering viewers a 30-day trial period.

現在、オーディブルは視聴者に30日間の試用期間を提供している。

Check out audible.com slash physics girl to access their audio programs and titles.

audible.comのスラッシュ・フィジックス・ガールをチェックして、オーディオ・プログラムやタイトルにアクセスしよう。

I recently reread Ender's Game by Orson Scott Card.

最近、オーソン・スコット・カードの『エンダーのゲーム』を再読した。

Go to audible.com slash physics girl, and make sure to use that link to help us out and to get a membership trial.

audible.comのスラッシュ・フィジックス・ガールにアクセスし、そのリンクを使って私たちに協力し、会員トライアルを受けるようにしてください。