على الرغم من أن الموجات الجامحة لم تكن أبدًا موضوع بحث مباشر للبروفيسور فالكوفيتز من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، إلا أن معظم أعماله العلمية خصصت لدراسة التدفق الفوضوي المعروف بالتدفق المضطرب، والذي كما يميز التدفق في المحيط
في أحد أيام الصيف منذ أكثر من عشرين عامًا، كانوا يخوضون في المياه البروفيسور جريجوري فالكويتز وابنه البالغ من العمر خمس سنوات في مياه المحيط الضحلة والهادئة على شاطئ بالقرب من لوس أنجلوس، عندما جرفتهم فجأة موجة ارتفاعها ثلاثة أمتار جاءت وكأنها من العدم. لقد خرج الاثنان سالمين، لكن البروفيسور فالكويتز، ليس من المستغرب، أصيب بالصدمة - ربما، من بين أمور أخرى، لأن هيجل أخذ نظارته معه وكان في حاجة إليها للعودة بالسيارة إلى الفندق. وفي كلتا الحالتين، كان منبهراً بالتجربة: اللقاء وجهاً لوجه مع ما يعرف بـ "الموجة الجامحة" أو "الموجة المجنونة"، ذكّره بمدى الغموض الذي يكتنف أصول هذه الظاهرة النادرة.
على الرغم من أن الموجات الجامحة لم تكن أبدًا موضوع بحث مباشر للبروفيسور فلاكوفيتز من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، إلا أن معظم أعماله العلمية خصصت لدراسة التدفق الفوضوي المعروف باسم التدفق المضطرب، والذي أيضًا يميز التدفق في المحيط. في دراسة جديدة مع طالبة البحث ميشال شافيت، وطور العلماء طريقة جديدة لإيجاد درجة معينة من النظام في هذه الأنظمة الفوضوية. وباستخدام أدوات رياضية مأخوذة من نظرية المعلومات، أظهر الاثنان أنه حتى في ظل التدفق الدوامي الضعيف - على سبيل المثال، عندما تثير الرياح تموجات على سطح الماء - فقد تكون لديهما علاقة وثيقة للغاية مع بعضهما البعض، عندما يحمل أحدهما معلومات مهمة. عن الآخر. لذلك، مع مرور الوقت، من الممكن قياس موجات ذات طول موجي معين واستخلاص المعلومات من هذه المعلومات أيضًا عن الموجات التي لم يتم قياسها - في نطاق من الأطوال الموجية الأخرى.
يقول البروفيسور فالكويتز: "لقد ساعدتنا نظرية المعلومات على إحراز تقدم في فهم الاضطرابات". ويضيف شافيت: "يحمل البحث أخبارًا جيدة عندما يتعلق الأمر بإمكانية بناء نماذج التدفق المضطرب، لأن النتائج تعني أنه يمكن استخدام المعلومات الموجودة لملء الأجزاء المفقودة من اللغز". والخبر السار لا يتعلق فقط بأبحاث التدفق، بل يرتبط أيضًا بالعديد من المجالات المتنوعة الأخرى، من الهندسة المدنية إلى الفيزياء التجريبية. على سبيل المثال، عند بناء ميناء أو رصيف، يجب على المرء أن يعرف قدر الإمكان عن قوة الأمواج في المنطقة، بما في ذلك احتمال إنشاء موجات قوية بشكل خاص نتيجة للتفاعلات بين الموجات الأضعف. قد يكون البحث الجديد أيضًا ذا صلة بتطوير الاتصالات المتقدمة في الألياف الضوئية التي تنقل في وقت واحد العديد من موجات المعلومات، لأنه مع زيادة كثافة المعلومات، سيكون من الضروري معرفة كيف يمكن أن تتداخل هذه الموجات مع بعضها البعض. مجال آخر للتطبيق هو أبحاث البلازما - لفهم كيفية تأثير الغاز المتأين والموجات الكهرومغناطيسية اللازمة لتكوين البلازما على بعضها البعض.
ويشكل استخدام نظرية المعلومات في دراسة الجريان المضطرب تغييرا عن الطريقة التي تمت بها دراسة هذا الموضوع حتى الآن. "طوال القرن العشرين، ركزت دراسة الاضطراب بشكل حصري على الطاقة - طاقة الرياح أو طاقة التيارات أو المتغيرات الفيزيائية الأخرى. ومن ناحية أخرى، ركزنا على المعلومات - إلى أي مدى يمكن التعرف على موجات معينة من خلال مراقبة موجات أخرى"، يقول البروفيسور فالكويتز. ولتحقيق هذه الغاية، استخدم العلماء بعض المفاهيم التي طورها الفيزيائي المجري ليو زيلارد، الذي كان عمره آنذاك 1922 عاما، في عام 24. وقد صاغ زيلارد، الذي وضع في أطروحته للدكتوراه أسس نظرية المعلومات، بين أمور أخرى، مفهوم "البت" - وحدة معلومات يمكن نقلها من مكان إلى آخر.
طور البروفيسور فلاكوفيتز وشافيت صيغًا تستخدم هذا المفهوم لتحديد عدد أجزاء المعلومات حول الموجة الثالثة التي يمكن الحصول عليها من العلاقة المتبادلة بين موجتين لديهما معلومات محددة عنهما. هذه هي أبسط حالة للتنبؤ داخل نظام مضطرب. للتنبؤ بالأحداث في الواقع حيث توجد تفاعلات بين عشرات إن لم يكن مئات الموجات - من الضروري مواصلة البحث، ولكن الصيغ الأولية تشكل بالفعل الأساس لنهج جديد للاضطراب.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
