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空间中的薛定谔:艺术家对Batygin(2018),MNRAS 475,4中的研究的印象可以用薛定谔方程 - 量子力学的基石 - 来理解波浪在宇宙物理盘中的传播

信用:James Tuttle Keane,加州理工学院量子力学是物理学的一个分支,它控制构成我们宇宙的微小粒子的奇怪行为

描述量子世界的方程通常局限于亚原子领域 - 在非常小的尺度上相关的数学在较大尺度上是无关紧要的,而然而,来自加州理工学院研究人员的一项令人惊讶的新发现表明,薛定谔方程 - 量子力学的基本方程 - 在描述某些天文结构的长期演化方面非常有用

这项工作由Konstantin Batygin完成(MS '10,博士'12),加州理工学院行星科学助理教授和Van Nuys Page Schola r,在3月5日出版的“皇家天文学会月刊”中发表的一篇论文中描述了大量的天文物体经常被围绕着它们的小物体围绕,如围绕太阳的行星

例如,超大质量黑洞是由成群的恒星围绕着大量的岩石,冰和其他空间碎片围绕轨道由于重力,这些巨大的物质形成扁平的圆盘,这些圆盘由无数个体颗粒组成的圆盘组成

从太阳系的大小到光天的许多光年,天体物理盘的材料在其整个生命周期中通常不会保留简单的圆形形状

相反,数百万年来,这些圆盘逐渐演变为表现出大规模的扭曲,弯曲和像池塘上的涟漪一样翘曲这些翘曲如何出现和传播一直困扰天文学家,甚至计算机模拟也没有提出了一个明确的答案,因为这个过程既复杂又难以直接建模在教授加州理工学院关于行星物理学的课程时,Batygin(拟议存在的Planet Nine背后的理论家)转而采用称为扰动理论的近似方案来制定一个简单的方法

盘演化的数学表示这种近似,通常由天文学家使用,是基于18世纪数学家Joseph-Louis Lagrange和Pierre-Simon Laplace在这些方程的框架内开发的方程,每个特定轨道轨迹上的单个粒子和卵石通过这种方式,磁盘可以被建模为一系列同心线,可以在彼此之间缓慢地交换轨道角动量作为类比,在我们自己的太阳系中,可以想象将每个行星分成碎片并将这些碎片散布在一起行星围绕太阳运行的轨道,以便太阳被环绕重力相互作用的巨大环的集合这些环的振动反映了数百万年来展开的实际行星轨道演化,使近似非常准确然而,使用这种模拟磁盘演化的近似,出现了意想不到的结果“当我们这样做时磁盘中的所有材料,我们可以变得越来越细致,将磁盘表示为越来越多的更薄的电线,“Batygin说”最终,你可以将磁盘中的电线数量近似为无穷大,它允许你在数学上将它们模拟成一个连续体当我这样做时,令人惊讶的是,薛定谔方程出现在我的计算中“薛定谔方程是量子力学的基础:它描述了系统在原子和亚原子尺度上的非直观行为这些非直观行为之一是亚原子粒子实际上表现得更像波浪,而不像离散粒子 - 现象n称为波粒二象性Batygin的工作表明,天体物理盘中的大规模扭曲与粒子的行为类似,并且经线在盘材料中的传播可以通过用于描述单个量子粒子行为的相同数学来描述

在磁盘的内边缘和外边缘之间来回弹跳 Schrödinger方程得到了很好的研究,发现这样一个典型的方程能够描述天体物理盘的长期演化应该对那些模拟这种大规模现象的科学家有用

另外,Batygin补充说,两个看似无关的有趣的是物理学的分支 - 那些代表自然界中最大和最小尺度的分支 - 可以用类似的数学来管理“这一发现令人惊讶,因为当观察光年数量级的距离时,薛定谔方程是一个不太可能的公式, “Batygin说”与亚原子物理相关的方程通常与大量的天文现象无关因此,我很着迷于找到一种情况,其中通常仅用于非常小的系统的方程也可用于描述非常大的系统“从根本上说,薛定谔方程控制着类波扰动的演化”Batygin说“In as”另外,代表天体物理盘的经线和不平衡的波浪与振动弦上的波浪并没有太大的不同,振动弦本身与盒子中的量子粒子的运动没有太大差别

回想起来,它似乎是一个明显的联系但是,开始揭示这种互惠背后的数学支柱是令人兴奋的“出版物:康斯坦丁·巴蒂金”,自我引力光盘的薛定谔演变,“MNRAS,2018; doi:101093 / mnras / sty162来源:加州理工学院Lori Dajose