विशाल अंतरिक्ष संरचनाएं क्वांटम यांत्रिकी गणित के लिए आश्चर्यजनक कनेक्शन हैं

नए शोध में श्रोडिंगर समीकरण के साथ ब्रह्मांड में सामग्री के बड़े पैमाने पर डिस्क के युद्ध का संबंध है, जो परमाणु और उप-परमाणु वस्तुओं के क्वांटम यांत्रिक व्यवहार का वर्णन करता है।

(छवि: © जेम्स टटलू कीन / कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी)

तारों या मलबे के खतरनाक डिस्क, सबटॉमिक कणों के समान नियमों के तहत काम कर सकते हैं, जो श्रोडिंगर समीकरण के आधार पर बदलते हैं, जो भौतिकविद् क्वांटम-मैकेनिकल सिस्टम को मॉडल करने के लिए उपयोग करते हैं।

उस समीकरण के साथ अंतरिक्ष संरचनाओं को देखने से आकाशगंगाओं के विकास में नई अंतर्दृष्टि मिल सकती है, साथ ही साथ प्रारंभिक सौर प्रणाली के यांत्रिकी और दूर के ग्रहों की परिक्रमा करने वाले छल्ले की कार्रवाई के बारे में एक नए अध्ययन की रिपोर्ट सामने आती है।

नए अध्ययन के लेखक कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ता कोन्स्टेंटिन बैट्यगिन ने उन ज्योतिषीय डिस्क का अध्ययन करते समय उस विशेष समीकरण को खोजने की उम्मीद नहीं की थी। "उस समय, मैं पूरी तरह से तैर रहा था," बैटीगिन ने स्पेस डॉट कॉम को बताया। "मैं उम्मीद कर रहा था कि नियमित तरंग समीकरण दिखाई देगा, कुछ स्ट्रिंग की लहर या ऐसा कुछ। और इसके बजाय, मुझे यह समीकरण मिलता है, जो वास्तव में क्वांटम यांत्रिकी की आधारशिला है।" [प्लेनेट-बिल्डिंग 'फ्लाइंग तश्तरी' डिस्क आश्चर्यजनक रूप से अच्छा है (वीडियो)]

श्रोडिंगर समीकरण का उपयोग करते हुए, भौतिकविद् तरंगों के साथ-साथ कणों के संदर्भ में परमाणु और उपपरमाण्विक तराजू पर प्रणालियों की बातचीत की व्याख्या कर सकते हैं - क्वांटम यांत्रिकी में एक प्रमुख अवधारणा जो उन प्रणालियों के कभी-कभी अनपेक्षित व्यवहार का वर्णन करती है। यह पता चला है, खगोलीय डिस्क का ताना-बाना भी कणों की तरह कार्य कर सकता है।

बैटीगिन, जो शायद सह के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है (वैसे भी, लेपिजपेकट में), जब मैं अब समस्या को देखता हूं, तो मुझे आश्चर्य होता है कि मुझे यह अनुमान नहीं था कि यह क्या होने वाला है। साथी कैल्टेक के शोधकर्ता माइक ब्राउन के साथ 2016 के एक अध्ययन के मुताबिक, हमारे बाहरी सौर मंडल की अंधेरी गहराई में एक संभावित अनदेखे "प्लैनेट नाइन" के लिए सबूत मिले।

अतीत से विस्फोट

एक कक्षा को पढ़ाने के दौरान बाट्यगिन कनेक्शन में आया था। वह यह समझाने की कोशिश कर रहा था कि कैसे तरंगें व्यापक डिस्क के माध्यम से यात्रा करती हैं जो अंतरिक्ष वास्तुकला का एक मुख्य आधार हैं - उदाहरण के लिए, ऐसे डिस्क एक आकाशगंगा के केंद्र में सुपरमेसिव ब्लैक होल के चारों ओर तारों से बने होते हैं, और एक नवजात स्टार सिस्टम में धूल और मलबे से बने होते हैं। डिस्क एक जटिल तरीके से झुकते हैं और ताना देते हैं कि वर्तमान मॉडलिंग सभी समयसीमाओं को संभाल नहीं सकती है। वैज्ञानिक बहुत कम समय के अंतराल पर अपने कार्यों की गणना कर सकते हैं, जैसे कि कुछ कक्षाओं में क्या होता है, साथ ही साथ वे पूरे जीवनकाल में कैसे फैलेंगे, लेकिन यह नहीं कि वे सैकड़ों हजारों वर्षों के क्रम में कैसे और क्यों बदलेंगे।

"बैटीगिन ने कहा," चीजें हो सकती हैं, और आप वास्तव में नहीं जानते कि यह एक जटिल प्रणाली है, इसलिए आप सामान को अनफॉलो करते हुए देखते हैं, किसी प्रकार का गतिशील विकास देखते हैं। " "जब तक आपके पास यह राक्षसी रूप से जटिल शारीरिक अंतर्ज्ञान नहीं है, तो आप समझ नहीं पाते कि आपके सिमुलेशन में क्या चल रहा है।"

एक डिस्क के विकास का पालन करने के लिए, बैट्यगिन ने 1770 के दशक से एक तरकीब उधार ली थी: गणितज्ञों जोसेफ-लुई लैग्रेग और पियरे-साइमन लाप्लास ने सौर मंडल को ग्रहों की कक्षाओं के बाद विशालकाय छोरों की एक श्रृंखला के रूप में गणना की। जबकि मॉडल सूर्य के चारों ओर कुछ सर्किटों के छोटे समय पर सहायक नहीं था, यह समय के साथ एक-दूसरे के साथ कक्षाओं की बातचीत को सटीक रूप से चित्रित कर सकता था।

व्यक्तिगत ग्रहों की कक्षाओं के मॉडलिंग के बजाय, बैट्यजीन ने खगोलीय डिस्क के अलग-अलग टुकड़ों का प्रतिनिधित्व करने के लिए पतले और पतले छल्ले की एक श्रृंखला का उपयोग किया, जैसे कि प्याज की परतें, प्रत्येक उस क्षेत्र के भीतर परिक्रमा निकायों के द्रव्यमान से बंधा होता है। एक दूसरे के साथ मॉडल कर सकते हैं कि डिस्क कैसे ताना और बदलेगी।

और जब सिस्टम हाथ से या कंप्यूटर पर गणना करने के लिए बहुत जटिल हो गया, क्योंकि उसने अधिक छल्ले जोड़ दिए, तो उसने एक गणितीय शॉर्टकट का उपयोग करके असीम रूप से पतली रिंगों की अनंत संख्या का वर्णन किया।

"यह सिर्फ एक व्यापक रूप से ज्ञात गणितीय परिणाम है जो भौतिकी में बाएं और दाएं उपयोग किया जाता है," बैटगिन ने कहा। लेकिन फिर भी, किसी तरह, किसी ने भी इस तरह से एक खगोलीय डिस्क को मॉडल करने के लिए छलांग नहीं ली थी।

उन्होंने कहा, "मेरे लिए वास्तव में यह उल्लेखनीय है कि किसी ने भी रिंगों को धुंधला नहीं किया है।" "यह पूर्वव्यापी में इतना स्पष्ट लगता है, और मुझे नहीं पता कि मैंने इसके बारे में जल्द क्यों नहीं सोचा।"

जब बैटगिन उन गणनाओं से गुजरा, तो उसने उभरते समीकरण को आश्चर्यजनक रूप से परिचित पाया।

"बेशक, दोनों संबंधित हैं, ठीक है? क्वांटम यांत्रिकी में, आप तरंगों के रूप में कणों का इलाज करते हैं," उन्होंने कहा। "रेट्रोस्पेक्ट में, यह लगभग सहज है कि आपको श्रोडिंगर समीकरण जैसा कुछ मिलना चाहिए, लेकिन उस समय, मैं वास्तव में आश्चर्यचकित था।" उन्होंने कहा कि समीकरण अप्रत्याशित रूप से पहले पॉप हो चुका है, उन्होंने कहा - समुद्र की लहरों के विवरण में, उदाहरण के लिए, साथ ही साथ प्रकाश कुछ गैर-मीडिया माध्यमों से चलता है।

"बैटीगिन ने कहा," मेरा शोध यह दर्शाता है कि ज्योतिषीय डिस्क का दीर्घकालिक व्यवहार, जिस तरह से वे झुकते हैं और ताना देते हैं, वह शास्त्रीय संदर्भों के इस समूह में शामिल होता है, जिसे अनिवार्य रूप से क्वांटम ढांचे में समझा जा सकता है। "

उन्होंने कहा कि नए परिणाम दो स्थितियों के बीच एक दिलचस्प सादृश्य पैदा करते हैं: जिस तरह से तरंगें ज्योतिषीय डिस्क के माध्यम से यात्रा करती हैं, आंतरिक और बाहरी किनारों से उछलती हैं, यह बराबर है कि एक एकल क्वांटम कण दो दीवारों के बीच कैसे आगे और पीछे बढ़ता है, उन्होंने कहा।

इस समानता को खोजने का एक दिलचस्प परिणाम है: बैट्यगिन उन शोधकर्ताओं द्वारा किए गए कुछ कामों को उधार लेने में सक्षम था जो पहले से ही इस क्वांटम स्थिति के माध्यम से अध्ययन और काम कर चुके हैं, और फिर इस नए संदर्भ में समीकरण की व्याख्या करने के लिए यह समझने के लिए कि डिस्क बाहरी पुल का जवाब कैसे देती है। विचलन।

"भौतिकीविदों को श्रोडिंगर समीकरण के साथ बहुत अनुभव है; यह अब 100 साल पुराना है," येल विश्वविद्यालय के एक खगोल भौतिकीविद् ग्रेग लाफलिन, जो अध्ययन के साथ शामिल नहीं थे, ने Space.com को बताया। "और बहुत सारे गहन विचार इसके प्रभाव को समझने में चले गए हैं। और इसलिए कि अब पूरे एडिक्शन को डिस्क के विकास पर लागू किया जा सकता है।"

"और मेरे जैसे किसी व्यक्ति के लिए - जिसने स्वीकार किया है कि बेहतर अर्थ है, हालांकि अपूर्ण, जो कि प्रोटॉस्टेलर डिस्क क्या करता है - यह भी दूसरे रास्ते पर जाने का अवसर देता है और हो सकता है कि डिस्क सादृश्य का उपयोग करके क्वांटम सिस्टम में कुछ गहरी जानकारी प्राप्त करें," जोड़ा। "मुझे लगता है कि यह बहुत ध्यान आकर्षित करने वाला है, और ब्याज, शायद बाधा। और अंततः मुझे लगता है कि यह वास्तव में एक दिलचस्प विकास होने जा रहा है।"

समझने की एक रूपरेखा

बैटगिन ज्योतिषीय डिस्क के कई अलग-अलग पहलुओं को समझने के लिए समीकरण को लागू करने के लिए तत्पर है।

"मैंने इस पत्र में जो कुछ प्रस्तुत किया है वह एक रूपरेखा है," बैट्यगिन ने कहा। "मैंने इसके साथ एक विशेष समस्या पर हमला किया है, जो कि डिस्क कठोरता की समस्या है - बाहरी गड़बड़ी के तहत डिस्क गुरुत्वाकर्षण की सीमा तक कठोर रह सकती है। अतिरिक्त अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है जो मैं इस समय देख रहा हूं।"

एक उदाहरण मलबे की डिस्क का विकास है जिसने अंततः हमारे सौर मंडल का गठन किया, बैट्यजिन ने कहा। एक अन्य एक्सट्रैसोलर ग्रहों के चारों ओर के छल्ले की गतिशीलता है। और एक तीसरा मिल्की वे के केंद्र में ब्लैक होल के चारों ओर तारों की डिस्क है, जो स्वयं अत्यधिक झुका हुआ है।

लाफलिन ने कहा कि यह कार्य विशेष रूप से नवजात तारा प्रणालियों की शोधकर्ताओं की समझ को बेहतर बनाने में सहायक होना चाहिए क्योंकि वे दूर से देखने में कठिन हैं, और शोधकर्ता वर्तमान में शुरू से अंत तक अपने विकास का अनुकरण नहीं कर सकते हैं।

"जिस गणितीय ढांचे को कोन्स्टेंटिन ने एक साथ रखा है, वह उस चीज़ का एक अच्छा उदाहरण है जो वास्तव में हमें यह समझने में मदद कर सकता है कि एक ग्रह बनाने वाली डिस्क की तरह सैकड़ों-हजारों परिक्रमा करने वाली वस्तुएं कैसे व्यवहार करती हैं," उन्होंने कहा।

मिशिगन विश्वविद्यालय के एक खगोल वैज्ञानिक फ्रेड एडम्स के अनुसार, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, यह नया काम उन प्रणालियों के लिए सबसे उपयोगी है जिनमें बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण प्रभाव रद्द हो जाते हैं। अधिक जटिल गुरुत्वाकर्षण प्रभावों वाली प्रणालियों के लिए, बहुत अलग सर्पिल हथियारों के साथ आकाशगंगाओं की तरह, कुछ अन्य मॉडलिंग रणनीति की आवश्यकता होगी। लेकिन समस्या के इस वर्ग के लिए, यह ज्योतिषीय डिस्क में सन्निकट तरंगों पर एक दिलचस्प बदलाव है, उन्होंने कहा।

एडम्स ने कहा, "किसी भी क्षेत्र में, परिस्थितिजन्य डिस्क सहित अनुसंधान, हमेशा नए उपकरणों के विकास और उपयोग से लाभान्वित होते हैं।" "यह कागज एक नए विश्लेषणात्मक उपकरण के विकास का प्रतिनिधित्व करता है, या पुराने उपकरणों पर एक नया मोड़, यह निर्भर करता है कि आप इसे कैसे देखते हैं। किसी भी तरह, यह बड़ी पहेली का एक और टुकड़ा है।"

रूपरेखा शोधकर्ताओं को खगोलविदों को रात के आकाश में नए तरीके से देखने की संरचनाओं को समझने में मदद करेगी: जबकि ये डिस्क मनुष्यों की तुलना में कहीं अधिक समय के अंतराल पर बदल रहे हैं, समीकरण यह पता लगाने के लिए लागू किया जा सकता है कि एक सिस्टम हमें कैसे मिला है आज और यह भविष्य में कैसे बदल सकता है, बैट्यगिन ने कहा। और यह सब गणित पर आधारित है जो आमतौर पर अविश्वसनीय रूप से त्वरित, क्षणभंगुर बातचीत का वर्णन करता है।

"गणित के बीच यह पेचीदा पारस्परिकता है जो उप-परमाणु दुनिया के व्यवहार को नियंत्रित करती है और गणित जो व्यवहार को नियंत्रित करता है [और] इन खगोलीय चीजों का दीर्घकालिक विकास जो कि बहुत अधिक बार प्रकट होता है," उन्होंने कहा। "मुझे लगता है कि, एक उल्लेखनीय और पेचीदा परिणाम है।"

नया काम रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के मासिक नोटिस में आज (5 मार्च) विस्तृत था।