Астрономические диски ведут себя как квантовые частицы

Компьютерное моделирование показало, что некоторые аспекты динамики астрономических объектов, принимающих форму диска, может описывать уравнение Шредингера — одна из основных формул квантовой механики. Это особенно поразительно, учитывая колоссальную разницу в размерах между такими астрономическими объектами и микроскопическими частицами, которые описывает уравнение Шредингера. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Массивные астрономические объекты, такие как черные дыры, часто бывают окружены множеством меньших тел, формирующих вращающийся диск. Из-за собственной гравитации вещество в таких образованиях относительно быстро собирается в плоскости вращения. В этом заключается главное отличие подобных систем от, например, колец Сатурна, собственная гравитация которых пренебрежимо мала.

Такие диски могут быть как относительно небольшими — размером с Солнечную систему, так и простираться на многие световые года. С течением времени такие объекты не сохраняют простую форму круга — они изгибаются и закручиваются. То, как именно возникают и распространяются подобные деформации, астрономы пока не выяснили, ведь даже компьютерные симуляции не позволили получить однозначного ответа на этот вопрс.

В новой работе профессор Калифорнийского технологического института Константин Батыгин, известный по предсказанию существования в Солнечной системе девятой планеты на основе косвенных данных, применил для анализа эволюции диска теорию возмущений. В рамках этого подхода диск приближенно представляется набором концентрических «шнуров», которые медленно обмениваются орбитальным моментом друг с другом. «Когда мы применяем такой подход ко всему материалу диска, то можно получить все более и более точную его модель, увеличивая количество "шнуров" и уменьшая их толщину, — поясняет Батыгин. — В конечном итоге можно устремить их количество к бесконечности, что позволяется математически перейти от описания совокупности к континууму. Когда мы так сделали, то внезапно появилось уравнение Шредингера».

Согласно выводам астронома, крупномасштабные искажения диска ведут себя подобно квантовым объектам, а их распространение напоминает движение отражающейся от краев диска частицы. «С фундаментальной точки зрения уравнение Шредингера описывает эволюцию волноподобных возмущений, — говорит Батыгин. — В некотором смысле, волны, отражающие искривления дисков, похожи на волны вибрирующих струн, которые, в свою очередь, не сильно отличаются от движения квантовой частицы в ограниченном объеме пространства. Если оглянуться, найденное соответствие кажется очевидным, но тем интереснее было открыть математическую суть этой дуальности».