Профессор Калифорнийского технологического института Константин Батыгин опубликовал работу, в которой он доказывает, что существование и эволюцию некоторых астрономических объектов можно описать с помощью уравнения Шредингера – одного из фундаментальных уравнений квантовой физики. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Неожиданная встреча релятивизма и квантовой механики

Уже довольно долгое время квантовая механика и общая теория относительности существуют в стороне друг от друга. Это как две совершенно разные формы физики, которые практически не пересекаются между собой и действуют как будто в совершенно разных мирах.

Квантовая механика описывала микромир элементарных частиц, а теория относительности – массивные звезды и субсветовые скорости в большом пространстве. И такой статус-кво оставался незыблемым на протяжении десятков лет.

И тем интереснее статья, опубликованная калифорнийским исследователем Константином Батыгиным в марте этого года. В ней автор рассматривает астрономические объекты, образующиеся в результате вращения масс материи вокруг крупных тел. Как правило, они имеют форму диска или тора. Размер самих частиц, из которых состоит такой объект, может колебаться от размеров молекулы до нескольких метров, а размер диска может достигать нескольких световых лет.

К таким объектам относятся протопланетные диски, газопылевые диски вокруг массивных звезд, аккреционные диски вокруг сверхмассивных черных дыр и черных дыр звездной массы. Наблюдая за этими объектами, исследователи заметили, что часто они не имеют правильной круглой формы, как это можно было бы от них ожидать.

В течение миллионов лет эволюции эти структуры демонстрируют широкий диапазон изменений. Они искривляются, изгибаются, деформируются, и все это напоминает мерцание света на воде. Вот только математически описать и предсказать все эти деформации до сих пор никому не удавалось. Компьютерное моделирование на основе известных зависимостей оказалось слишком сложным и затратным для того, чтобы предусмотреть все изменения.

Построение более простой модели диска

И вот "появился" профессор Батыгин, который обратился к схеме аппроксимации, то есть способу выражения сложных объектов через максимально приближенные к ним более простые. Исследователь попытался получить простое математическое описание эволюции диска. Этот метод известен еще со времен Жозефа Луи Лагранжа и Пьера-Симона Лапласа.

Вместо того чтобы искать траекторию движения каждой из множества частиц, из которых состоит диск, его представляют состоящим из большого количества концентрических шнуров, каждый из которых по своим показателям массы и скорости эквивалентен сумме частиц, его образующих. При этом эти кольца постоянно обмениваются между собой орбитальным моментом, позволяющим построить на их основе модель, способную к эволюции.

Пользуясь современными методами, Константин Батыгин смог "нарезать" диск на огромное количество тонких шнуров, чтобы достичь максимальной точности. И тогда заметил, что поведение этого почти бесконечного количества колец может быть описано с помощью известного уравнения Шредингера.

Уравнение Шредингера

Уравнение австрийского физика описывает парадоксальное явление, когда субатомная частица ведет себя как волна. Исходя из результатов работы Батыгина, можно сделать вывод, что масштабные деформации в газопылевых дисках ведут себя так, будто они являются элементарной частицей, что "прыгает" туда-сюда с внешнего края диска на внутренний так же, как это делал бы электрон на орбитали.

Уравнение Шредингера достаточно хорошо изучено. Если оно действительно описывает то, о чем говорит профессор Константин Батыгин, то на его основе действительно можно достаточно просто построить модели эволюции газопылевых дисков на миллионы лет вперед, что ранее казалось чрезвычайно сложной задачей.

Однако опубликованная работа имеет еще большее значение. Едва ли не впервые к описанию астрономических объектов удалось применить квантовую механику. До сих пор никто не мог "прикрутить" к макроскопическим объектам волновые свойства, которые являются основой квантовой механики.

Может быть, мы до сих пор просто не знали, как правильно взглянуть на астрономические объекты для того, чтобы объединить две физики. Возможно, работа профессора Батыгина – это действительно только начало нового подхода.