כל גל נושא מזכרת (מגל אחר)

ביום קיצי אחד לפני יותר מעשרים שנה, השתכשכו פרופ' גרגורי פלקוביץ ובנו בן החמש במי אוקיינוס רדודים ושלווים בחוף ליד לוס-אנג'לס, כשלפתע סחף אותם גל בגובה כשלושה מטרים שהגיע כאילו משום מקום. השניים אמנם יצאו ללא פגע, אך פרופ' פלקוביץ, שלא במפתיע, נותר המום – אולי, בין היתר, מכיוון שהגל לקח איתו את משקפי הראייה שלו והוא היה זקוק להם כדי לנהוג בחזרה למלון. כך או כך, הוא הוקסם מהחוויה: המפגש פנים אל פנים עם מה שמכונה "גל פרא" או "גל משוגע", הזכיר לו עד כמה מקורותיה של תופעה נדירה זו אפופי מסתורין.

גלי פרא אמנם לא היו מעולם נושא מחקר ישיר של פרופ' פלקוביץ מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, אך מרבית עבודתו המדעית הוקדשה לחקר הזרימה הכאוטית המכונה זרימה ערבולית (טורבולנטית), המאפיינת בין היתר גם את הזרימה באוקיינוס. במחקר חדש עם תלמידת המחקר מיכל שביט, פיתחו המדענים דרך חדשה למצוא דרגה מסוימת של סדר במערכות כאוטיות אלה. באמצעות כלים מתמטיים הלקוחים מתורת האינפורמציה, הראו השניים כי גם בהינתן זרימה ערבולית חלשה – למשל, כאשר הרוח מעלה אדוות על-פני המים – הן עשויות להיות בעלות זיקה הדוקה מאוד זו לזו, כאשר האחת טומנת בחובה מידע משמעותי על האחרת. לכן, לאורך זמן, ניתן למדוד גלים באורך גל מסוים ולהפיק מכך מידע גם על גלים שלא נמדדו – בטווח אורכי גל אחרים.

"תורת האינפורמציה סייעה לנו להתקדם בהבנת הטורבולנטיות", מכריז פרופ' פלקוביץ. "המחקר נושא בחובו חדשות טובות בכל הנוגע לאפשרות לבנות מודלים של זרימה ערבולית, שכן משמעות הממצאים היא שאפשר להשתמש במידע הקיים כדי למלא את החלקים החסרים בפאזל", מוסיפה שביט. החדשות הטובות לא רלוונטיות רק לחקר הזרימה אלא גם לתחומים רבים ומגוונים אחרים, מהנדסה אזרחית ועד פיסיקה ניסיונית. למשל, כאשר בונים נמל או מזח, יש לדעת כמה שיותר על חוזקם של הגלים באיזור, ובכלל זאת מה ההסתברות לכך שייווצרו גלים חזקים במיוחד כתוצאה מיחסי גומלין בין גלים חלשים יותר. המחקר החדש עשוי להיות רלוונטי גם לפיתוח תקשורת מתקדמת בסיבים אופטיים המעבירים בו-בזמן גלי מידע רבים, שכן עם העלייה בצפיפות המידע, יהיה חיוני לדעת כיצד גלים אלה עלולים להפריע זה לזה. תחום יישום נוסף הינו חקר הפלסמה – להבין כיצד הגז המיונן והגלים האלקטרומגנטיים  הדרושים ליצירת הפלסמה משפיעים זה על זה. 

השימוש בתורת האינפורמציה בחקר זרימה ערבולית מהווה תפנית מהאופן שבו נושא זה נחקר עד כה. "לאורך המאה העשרים חקר הטורבולנטיות היה ממוקד אך ורק באנרגיה – אנרגיית רוח או אנרגיה של זרמים או משתנים פיסיקליים אחרים. אנחנו, לעומת זאת, התמקדנו במידע – עד כמה אפשר ללמוד על גלים מסוימים מהתבוננות בגלים אחרים", אומר פרופ' פלקוביץ. לשם כך השתמשו המדענים בחלק מהמושגים שפיתח בשנת 1922 הפיסיקאי ההונגרי לאו סילארד, אז בן 24. סילארד, שבעבודת הדוקטורט שלו הניח את היסודות לתורת האינפורמציה, הגה, בין היתר, את המושג "סיבית" או "ביט" – יחידת מידע שניתן להעביר ממקום למקום.

""לאורך המאה העשרים חקר הטורבולנטיות היה ממוקד אך ורק באנרגיה – אנרגיית רוח או אנרגיה של זרמים או משתנים פיסיקליים אחרים. אנחנו, לעומת זאת, התמקדנו במידע – עד כמה אפשר ללמוד על גלים מסוימים מהתבוננות בגלים אחרים"

פרופ' פלקוביץ ושביט פיתחו נוסחאות המשתמשות במושג זה כדי לקבוע כמה ביטים של מידע על גל שלישי אפשר להשיג מיחסי הגומלין בין שני גלים שיש עליהם מידע קונקרטי. זהו המקרה הפשוט ביותר של ניבוי בתוך מערכת ערבולית. כדי לנבא התרחשויות במציאות שבה ישנם קשרי גומלין בין עשרות אם לא מאות גלים – יש אמנם להמשיך ולחקור, אך הנוסחאות הראשוניות מהוות כבר כעת בסיס לגישה חדשה לטורבולנטיות.