Fizica cuantică descrie chiar şi cele mai masive structuri din Univers

Fizica cuantică descrie comportamentul particulelor subatomice infinitezimale, dar şi mișcarea celor mai mari și mai masive obiecte din Univers, afirmă un celebru astrofizician.

Teoria relativității generale a lui Einstein este considerată, în general, cea mai bună teorie din fizica actuală care descrie Universul la scară astronomică.

Cu toate acestea, fizicianul Konstantin Batygin, care este renumit pentru anunţul descoperirii unor indicii privind existenţa celei de-a 9-a planete din Sistemul Solar, afirmă că fizica cuantică descrie și evoluția obiectelor masive din spațiul cosmic.

Batygin a studiat discurile masive de acreţie, care sunt denumite uneori şi discuri de acumulare, pe care le descrie ca fiind „unele dintre cele mai omniprezente obiecte din Univers”.

Această afirmaţie se bazează pe faptul că discurile de acreţie se formează aparent peste tot în Univers, din moment ce planetele orbitează în jurul unor stele, care, la rândul lor, orbitează în jurul unor găuri negre supermasive din centrele galactice.

Credit: Hubble Heritage/Flickr

În general, discurile de acreţie au la început o formă circulară, ulterior acestea putându-se rupe sau deforma.

Astrofizicienii nu au reuşit să explice în totalitate forma discurilor de acreţie, dar cercetări recente sugerează că fizica cuantică poate fi utilizată şi în acest scop.

„Fizicianul austriac Erwin Schrödinger a înţeles că electronii, atomii sau oricare alte particule subatomice nu pot fi descrise ca nişte bile de biliard care se află exact acolo unde ne așteptăm să fie şi exact în momentul când ne așteptăm să fie acolo.

În schimb, trebuie să admitem că particulele au poziții care sunt răspândite în spațiu și că nu putem cunoaşte cu precizie locul unde se află o anumită particulă, la un moment dat. În schimb, putem cunoaşte doar care este probabilitatea de a găsi particula într-un anumit loc”, a explicat Brendan Cole pentru ScienceAlert în anul 2016.

Ecuația lui Schrödinger este ecuaţia fundamentală a mecanicii cuantice. Ea a fost publicată în anul 1926 şi descrie starea unei particule în termenii unei funcții de undă.

Potrivit unei cercetări recente a lui Batygin, ecuația lui Schrödinger este valabilă nu doar pentru descrierea particulelor subatomice. Se pare că şi obiectele cu mult mai mari pot fi, de asemenea, descrise cu ajutorul unor calcule cuantice.

În timp ce studia teoria perturbațiilor din fizica cuantică pentru a verifica cum s-ar putea reprezenta matematic forțele ce apar în procesul de evoluție al unui disc de acreţie, care să explice forma acestuia de-a lungul a miliarde de ani, Batygin a descoperit ceva remarcabil.

Având în vedere complexitatea şi mărimea acestor discuri de acreţie, care se datorează numărului uriaş de planete, stele și structuri galactice pe care le pot conține, este evident că modelarea teoretică a acestora este foarte dificilă.

În teorie, un disc de acreţie poate fi modelat sub forma unor fire concentrice care lent îşi transferă momentul cinetic orbital între ele.

„Precizia modelarii unui disc de acreţie poate fi mărită prin creşterea numărului de fire şi alegerea unor fire din ce în ce mai subțiri.

În cele din urmă, numărul de fire din discul de acreţie ar putea fi infinit, ceea ce înseamnă că discul ar deveni continuu. Uimitor, când am făcut acest lucru în calculele mele a apărut ecuația lui Schrödinger”, a explicat Batygin.

În opinia lui Batygin, perturbaţiile pe scară mare, care distorsionează discurile de acreţie în decursul timpului, se comportă similar cu particulele și modul cum se propagă acestea în interiorul discului poate fi explicat utilizând aceeaşi matematică din teoria împrăștierii din fizica cuantică.

Batygin recunoaște că această aplicație a ecuației lui Schrödinger „nu poate servi drept înlocuitor general pentru simulările numerice complexe, dar poate fi folosită pentru o descriere calitativă a unor rezultate numerice”.

Cu toate acestea, este uimitor să constatăm că o ecuație folosită pentru a descrie comportamentul unor particule subatomice se poate aplica și pentru descrierea unor interacţiuni gravitaţionale atât de îndepărtate pe care oamenii de știință abia acum încep să le înțeleagă.

„Această descoperire este surprinzătoare, deoarece nu ne aşteptam ca ecuația lui Schrödinger să poată fi utilizată şi pentru descrierea unele obiecte cosmice aflate la o distanţă de ordinul anilor-lumină.

Din acest punct de vedere, undele ce caracterizează deformaţiile şi înclinarea discurilor de acreţie nu sunt cu mult diferite faţă de undele generate de o coardă care vibrează şi care, la rândul lor, nu sunt cu mult diferite de mișcarea unei particule cuantice.

În concluzie, se pare că există o legătură evidentă între aceste fenomene şi este important să înţelegem matematica din spatele acestora”, a declarat Batygin

Rezultatele studiului lui Batygin au fost publicate în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Sursă: Science Alert