Monstergolven op zee zijn nagebootst in een glasvezel

Ze bestaan echt: monstergolven. ‘Muren’ van water, soms wel dertig meter hoog, die midden op zee als uit het niets opdoemen. Hoe ze tot stand komen is onduidelijk, maar onderzoekers van de Universiteit van Californië in de Verenigde Staten werpen daar nu wel nieuw licht op. Letterlijk: met een trein van lichtpulsen, een glasvezelkabel en nog wat standaard spullen uit het lab maakten zij ‘monstergolven’ van licht. En dat kan aanknopingspunten geven voor het ontstaan van monstergolven op zee, zo schrijven zij ( Nature, 13 december).

De monstergolven zijn pas vrij recent goed gedocumenteerd: in 1993 werd er één gefotografeerd in de Golf van Biskaje, en in 1995 sloeg een monstergolf over een boorplatform in de Noordzee. De verhalen van zeelieden klopten dus: er bestaan golven die zich kenmerken door hun grootte (tientallen meters hoog), hun scherpe piek (als een muur) en doordat ze in de woelige zee toch lang standhouden. Satellietopnamen wezen de afgelopen jaren bovendien uit dat zulke golven in de oceanen vaker ontstaan dan op grond van willekeur en de bijbehorende statistiek valt te verwachten.

De golven doen denken aan ‘solitonen’, zo argumenteren de Californiërs. Dat zijn robuuste golfpakketten die stand houden terwijl ze zich verplaatsen in een ‘dispersief medium’, waarin golven juist de neiging hebben te vervormen en uit te vlakken. In de negentiende eeuw werd zo’n golf voor het eerst waargenomen in een Schots kanaal. Ze hebben hun evenknie in de optica waar solitonen van licht inmiddels uitgebreid bestudeerd zijn.

Solitonen, zo is bekend geworden, kunnen spontaan in een dispersief medium ontstaan als in die omgeving ook sprake is van ‘ruis’, van een stoorsignaal. Op zee zouden wisselende winden voor ruis kunnen zorgen, in het lab werd die ruis gewoon toegevoegd.

Het kwam dus simpel gezegd hier op neer: de onderzoekers maakten een trein van opeenvolgende golfpakketjes, voegden er wat ruis aan toe, en stuurden dat pakket van signalen door een niet-lineaire glasvezel – een dispersief materiaal. Daarna keken ze wat er met de signalen gebeurde, en dat konden zij dankzij een nieuwe techniek voor het eerst ook heel direct volgen.

Zo zagen zij dat de scherpe lichtpulsen samen met de ruis vervaagden tot een zwak signaal dat uit heel veel verschillende frequenties was samengesteld. Maar daarbovenop zagen zij in de glasvezel signalen ontstaan die veel sterker en smaller waren dan de oorspronkelijke lichtpulsen. Het zijn solitonen, zo schrijven zij, met iets grotere golflengtes dan van de oorspronkelijke lichtpulsen. En ze zijn het equivalent, het neefje zo je wilt, van de monstergolven op zee.

Net als de monstergolven op zee, kwamen ook deze pieken in de glasvezel vaker voor dan de statistiek voorspelt. Maar dat het achterliggende mechanisme voor beide fenomenen hetzelfde is, is daarmee nog niet bewezen. De auteurs hebben wel aanvullend bewijs gezocht, door het proces numeriek na te bootsen op de computer. Op grond daarvan stellen zij nu een nauwe relatie voor tussen de ruis en de monstergolven. En meer onderzoek natuurlijk. Margriet van der Heijden