大水
在北卡罗来纳州海岸附近，一艘船几乎被暴风雨中的海浪吞噬。物理学家现在知道，不稳定的条件常常会产生异常巨大但出奇地可预测的波浪。
阿尔弗雷德·奥斯本的风格不是一次只做一件事。
此刻他正试图在挪威特隆赫姆的一个巨大水槽中进行一项重要的波浪实验。但是他的电脑拒绝与他的Mac通信。在他忙于此的同时，他还在修改一些将驱动水槽中波浪的公式。他来自意大利都灵的年轻同事——米格尔·奥诺拉托和卡洛·布兰迪尼，两人都胡子拉碴、头发蓬乱，穿着风尘仆仆的旅行装——用意大利语提出建议，然后递给奥斯本一支笔和一张写满方程式的纸。他用英语回答，重写方程式，然后把笔和纸递回去。他们用英语回应。他用带德克萨斯口音的意大利语回答。这有点像他们置身于一部赛尔乔·莱昂内式的意大利西部片中——只是这部电影叫做《公式大集合》。这位有着银发和蓝眼睛的专注男子扮演了克林特·伊斯特伍德的角色，而且他不需要配音。
奥斯本离家很远——或者说离他的好几个家很远。他出生于德克萨斯州，曾为美国国家航空航天局工作；他在弗吉尼亚州，曾在美国海军研究办公室工作；他在都灵，在都灵大学任教，他的妻子和孩子住在那里。他来特隆赫姆是为了造浪。巨浪。那种因《完美风暴》而闻名、能使船只沉没、水手溺亡的巨浪，其中许多都发生在特隆赫姆海滨西南方向的寒冷北海。这些波浪被称为“疯狗浪”或“怪波”，是水手们噩梦中的景象——高耸、陡峭、重达数百万吨的水墙。这些波浪如此出人意料，让人毫无逃生时间，如此强大，甚至可以摧毁超级油轮和石油钻井平台。
两千年前，疯狗浪被认为是海神尼普顿或风神埃俄罗斯等愤怒神灵的杰作。最近，海员和工程师都将它们视为容易解释的现象：如果你知道风的速度和方向，如果你知道风吹过的距离和水的深度，你就可以预测任何波浪的高度、长度、速度，甚至频率。两个10英尺高的波浪会变成一个20英尺高的波浪；两个20英尺高的波浪会变成一个40英尺高的波浪；但波浪只能长到一定高度，之后它们的能量就会消散，重力会使它们下降。
只有一个问题：海上工程师几十年来使用的波浪模型几乎从未产生过疯狗浪。它们可以产生巨浪，但不能像疯狗浪那样，比周围的波浪高三到五倍，而且似乎凭空出现，与海面其他部分不同步，方向也与风和其他波浪完全不同。如此巨大的波浪，用海军建筑师低调的行话来说，是“不可协商的”。也许它们是神话。也许那些幸存下来描述它们的水手的记忆不可靠。数学表明这些波浪几乎不可能存在。但话又说回来，在量子力学、超弦理论和其他奥秘的时代，很少有人专注于海洋波浪。正如奥斯本所说，“没有人会因为研究海洋波浪而获得诺贝尔奖。”除非，也许，你可以在海洋之外的某个地方重新创造它们。
特隆赫姆的波浪水槽是一个原始的工业空间，混凝土墙高30英尺，宽30英尺，长度相当于一个足球场。当负责该设施的瘦高挪威工程师卡尔·斯坦斯伯格来带我们去那里时，我问他如何看待奥斯本制造疯狗浪的尝试。他冷静地笑了笑，说：“我们拭目以待。”当我们穿过实验室和测试池，经过按公司标志细节绘制的油轮和石油平台的比例模型（禁止拍照）时，奥斯本的傲气似乎有点收敛。波浪水槽是工程学接受考验、理论可能被击败的地方。
我们到达时，奥诺拉托和布兰迪尼已经在工作了。他们站在一个高出水面几英尺的钢制人行桥上，面前是令人印象深刻的控制台和电脑终端。下面，漆黑波浪槽中的水清澈而平静，毫不失真地反射着上方排列的荧光吸顶灯。从桥上凝视着水槽，我不得不不断提醒自己，我正在看水。
在接下来的几天里，这将是奥斯本的私人海洋。他将同时扮演风神埃俄罗斯和海神尼普顿，但他创造水墙的能力将完全取决于他物理学原理的可靠性。他认为，疯狗浪更像事件而非波浪。它们产生于原本正常波浪中存在的不稳定能量，就像交响乐团可预测的和谐中突然爆发出的可怕声音。奥斯本相信他可以在他想要的时间和地点制造出这样的波浪。如果他能做到这一点，也许他就能预测它们在现实世界中的发生。“我们将要创造奇迹，”他说。
玩具船，玩具船
在新泽西州霍博肯的史蒂文斯理工学院的一个波浪槽中，一艘三英尺长的模型船被模拟的疯狗浪轻易地倾覆。在真实的海面上，每年都有这样的波浪导致一艘超级油轮或货船沉没。
奥斯本研究疯狗浪已有20年，但物理学家们知道它们的存在已久。1832年，苏格兰工程师约翰·斯科特·罗素在爱丁堡的一条运河上骑行时，看到一艘由马匹牵引的运河船后面形成了一个弓形波。他后来在1844年英国科学促进会会议上报告说，它“以极快的速度移动，呈现出一个巨大的独立隆起，一个清晰的水堆，继续沿着水道前进。”罗素骑马追随这个波浪近两英里。它从未改变形状或减慢速度。
这一景象将困扰罗素一生。“他一直在谈论一种能够自我传播的水柱，”奥斯本说。“不可思议。但这几乎毁了他的事业。70年后才得以解决。而且它就像量子力学中的一个问题一样被解决了。这个怪物，这个孤立波，他们称之为孤子，它的行为就像一个粒子。”
模糊的野兽
在下面的3D计算机模拟中，一次海洋风暴中，疯狗浪突然从湍流中升起。波峰（红色）高出平均海平面整整90英尺。物理学家阿尔弗雷德·奥斯本将这类巨浪视为“介于正弦波和孤子之间的模糊野兽。”但与孤子不同，孤子通常在不损失速度或改变形状的情况下传播很远的距离，
孤子（Solitons）挑战了牛顿逻辑。它们是从随机背景中以某种方式出现的连贯结构——其特性与周围波浪截然不同。当孤子快速移动时，它可以超越较小的孤子并穿过它而不发生变化。自罗素发现以来，科学家们在所有有波浪运动的地方都发现了孤子。电话信号通过光纤电缆中的孤子传播，使其能够跨越巨大距离而不发生变化。孤子在心肌组织的电活动中以及影响构成可见宇宙大部分的电离气体（或等离子体）的电磁现象中都被发现。
但是疯狗浪并不完全是孤子。奥斯本说它们介于正弦波和孤子之间。他第一次看到疯狗浪是在1999年，当时他看到了一张1995年元旦袭击北海一个钻井平台的波浪数据图。那个波浪高达85英尺，宽达足球场的一半。它从一个波涛汹涌、浪高30英尺的大海中出现，以每小时45英里的速度横扫钻井平台甲板。
这也许是有史以来测量到的最大海浪。按照挪威石油工业的高标准，这是一个万年一遇的事件。美国海岸警卫队认为疯狗浪非常罕见，甚至不记录其发生情况。然而，海事记录中却充满了渔民和水手声称曾被它们袭击的故事。其中一些故事可能被夸大了。正如一位海事保险公司所说：“如果船长在波涛汹涌的海域失去了船只或船员，他们会将其归咎于疯狗浪，而不是承认他们不该出海的时候出去了。”但许多疯狗浪的故事并非夸大其词。
来自挪威和英国航运业的报告显示，疯狗浪每年都会击沉一艘超级油轮或货船。调查船舶损坏的工程师罗德·雷尼告诉英国广播公司，一个12米高的风暴浪以每平方米6吨的力撞击船只。一艘船可以在每平方米15吨的冲击下不受损；每平方米30吨会使其凹陷。疯狗浪可以对船只施加每平方米100吨的力。“那，”雷尼说，“会把它凿穿。”
奥斯本最喜欢的对疯狗浪的描述之一来自维吉尔的《埃涅阿斯纪》：“一阵东北风呼啸而来，将风帆吹得鼓满，将海浪推向星辰，一击之下折断船桨，使船身侧向迎向波浪，一座水山在他们上方升起，巨大而不可测量。有些船只在波峰上摇晃；其他船只则在波谷中看着海水分开，露出海底的沙子，它们在狂风中旋转。”
臭名昭著的疯狗浪
1883年：一个巨大的波浪席卷了320英尺的格拉摩根号，导致船只沉没。
1933年：一艘112英尺高的海浪袭击了北太平洋海军油轮“拉马波号”。海浪太高，与船的乌鸦巢平行。
1942年：载有15,000名部队的远洋客轮“玛丽女王号”在苏格兰以西700英里处被一个75英尺高的海浪击中。
1973年：在南非德班海岸外，一个疯狗浪袭击了12,000吨的货船“本克劳坎号”。船只被拖进港口，几乎漂浮不动。
1976年：油轮“克里特星号”发出求救信号：“船只被一个巨大的波浪击中，波浪越过了甲板。”此后再无音讯。
2000年：一艘70英尺高的巨浪袭击了邮轮“东方号”，砸碎了窗户。同月，一股异常波浪袭击了爱尔兰附近的一艘拖网渔船，导致八人死亡。
“这些巨大的尖峰就是从深水波场中跳出来的疯狗浪，”奥斯本说。“水，我们喝的东西，是非线性的！所以最终，奇异的案例反而更自然。这难道不美妙吗？”
他说话时，水像一条闪亮的黑色缎带般在水槽中起伏，然后冲刷到泳池尽头的混凝土沙滩上。奥斯本从桥上爬下来，继续他的解说，现在几乎是在指导水。“第一个波浪开始拥有自己的生命。然后它从其他波浪中汲取能量。”一个波浪升起。“看。那一定是领先效应。”然后，在水槽下三分之二处，一个波浪比前面的和后面的都高。它有一个陡峭的坡面和狭窄的波峰。“看！”
他说话时，波浪跳过了泳池壁。
“好极了！”奥斯本、奥诺拉托和布兰迪尼齐声喊道。但还没等他们享受这个时刻，奥斯本又看到了另一个疯狗浪正在形成。
“它来了！”它也高高耸起，前后形成了一个波谷，然后越过池边，水溢了出来。
“太棒了！我敢打赌卡尔要惊掉下巴了！他们说我们做不到，但我们做到了。如果我们有一个真正巨大的水箱，我们可以摧毁一座10层楼的建筑！”
“现在怎么办？”奥诺拉托问道，脸上带着灿烂的笑容。
奥斯本的眼睛没有离开水箱。
“再加点力。”
浪潮告别
1947年，一场飓风引发的巨浪袭击了佛罗里达州迈阿密海滩的海堤。尽管气象学和遥感技术最近取得了进展，但诡异的海浪仍令我们措手不及.
石油公司、造船厂、渔民和美国海军都开始认真对待疯狗浪。然而，尽管奥斯本付出了努力，但数据严重不足。测量海洋和波浪的主要方法已有约50年历史：海上的浮标记录它们被抬升的高度。虽然现在许多浮标都配备了电子发射器和高科技电子设备，但它们处于疯狗浪路径上的可能性很小。即使它们处于路径上，其锚也很可能会在波浪的真实高度被测量出来之前将其拉下波浪表面。卫星和飞机只能测量大范围的影响，而且它们受到云层覆盖的限制。
围绕海上钻井平台的保密性是另一个限制因素。1995年新年袭击钻井平台的波浪的所有报告都没有提及其造成的损害的确切性质。钻井平台的设计旨在承受百年一遇的波浪，也从未有报道称其被推翻。但奥斯本说，这并不意味着它没有发生过。
十年前，几个欧洲科学组织开始汇集所有关于疯狗浪的已知信息。在不相信波浪存在的科学家与那些如果波浪确实存在则不愿讨论的石油、航运和保险公司负责人之间，MaxWave 项目（正如该项目所知）有大量工作要进行。该项目的最终报告于几个月前发布，总结了几十项研究的主要发现。它得出结论，疯狗浪不仅存在，而且比以前认为的更常见。它们可以用非线性物理学来描述，并在波浪水槽中重现。但是，虽然波浪水槽可以模拟导致疯狗浪的不稳定性，但它们无法复制不断变化的风和水流，而这些使得在真实的海洋中预测疯狗浪变得不可能。
未来几年，奥斯本和其他人希望向船长提供关于特定区域出现疯狗浪可能性的报告。英国气象局在2001年创建了一个这种报告的粗略版本，但它需要更多数据才能有用。与此同时，美国海军研究办公室已将奥斯本的工作纳入其移动式海上基地——一个相当于10艘航空母舰大小的浮动平台——的设计考量中。
奥斯本不知疲倦的精力又让他回到了黑板前。他相信描述孤子和疯狗浪的非线性方程中还有更多有待发现的东西。如果这些方程能够描述更大的波浪呢？如果疯狗浪也出现在等离子体中，而不是只出现在海洋中呢？如果这些非线性现象可以在核聚变反应中得到控制呢？谁知道呢？也许有一天我们可以利用这些等离子体射流，驾驭疯狗浪前往遥远的行星。“理解物理学至关重要，”他说。“这太棒了。每当我们翻开一页，我们就会发现一个奇妙的新世界。”
波浪解剖
在其最基本的形式中，海浪呈现出完美的线性和单调性。它们沿直线移动，其行为可以通过明确定义的周期函数（正弦和余弦）来预测。这些涉及三个基本参数：振幅 (A) 是波浪从波谷到波峰的高度。速度 (v) 是波浪传播的速度和方向，波长 (l) 是两个连续波峰之间的距离。
波浪相互作用
当两个波浪重叠时，它们以数学上可预测的方式结合：当它们的波峰对齐时（这种现象称为建设性干涉），它们结合形成更大的波浪。当它们不对齐时（破坏性干涉），它们相互抵消。右上图：在此图中，两个频率略有不同的波浪（X和Y）结合形成一个锯齿状波浪（Z），具有高波峰和深波谷，以及一些相对平坦的区域。右下图：从两个或三个方向同时重叠的波浪可以将平静起伏的海面（A）变成越来越波涛汹涌的海面（B和C）。法国数学家J. B. 傅里叶在1807年指出，波浪频率和振幅的变化可以产生无限多种形状。这是傅里叶分析的基础，傅里叶分析是疯狗浪研究核心的数学技术，其中复杂的波浪模式被分解成其组成部分。
风在水面
波浪是一种扰动，通过介质传输能量和动量。扰动传播，但介质本身不传播。当波浪穿过海洋时，水在表面下以圆形水流（白色箭头）旋转。海洋上方的风（蓝色箭头）也在表面产生水流，将水推向波浪的一侧，然后向下推向另一侧。
疯狗浪似乎不遵守传统的波浪相互作用规则。在它们出现的湍流海域，风和水流从多个方向同时碰撞，波浪以非线性方式结合，形成惊人高度和力量的异常振幅。左图：疯狗浪经常与其余波浪成角度穿过水面，使超级油轮和海上钻井平台措手不及。
大浪王
有史以来测量到的最大疯狗浪——1995年在北海测得——从波谷到波峰高达85英尺（相当于10层楼高）。扰动宽度达1,415英尺，以约每小时45英里的速度掠过水面。物理学家阿尔弗雷德·奥斯本说，这样的波浪很容易推翻海上钻井平台。他认为疯狗浪比以前认为的更为常见。
