Gigantické astrofyzikální disky fungují podle Schrödingerovy rovnice  
Kvantové rovnice již dávno zdomácněly ve světě nepatrných částic. Občas ale podle všeho prosakují do makrosvěta. Astrofyzik zjistil, že se Schrödingerova rovnice pěkně hodí na popis evoluce některých pořádně velikých struktur ve vesmíru.

Disk, který drží pohromadě rovnice. Kredit: James Tuttle Keane, California Institute of Technology.
Disk, který drží pohromadě rovnice. Kredit: James Tuttle Keane, California Institute of Technology.

Jak už mnozí vědí, náš vesmír si mezi sebe rozdělily kvantová mechanika s obecná relativitou. Kvantové rovnice se zabývají mikrosvětem, v němž se hemží rozličné částice. Relativistické rovnice zase obvykle pracují s obrovskými vzdálenostmi a hmotnostmi. A většinou si navzájem příliš nelezou do zelí. Teď ale došlo k překvapivému objevu, který to změnil.


Konstantin Batygin. Kredit: Caltech.
Konstantin Batygin. Kredit: Caltech.

Konstantin Batygin z Caltechu, který je rovněž slavným lovcem planety Devítky ve Sluneční soustavě, při svém výzkumu zjistil, že kvantová Schrödingerova rovnice velmi slušně popisuje dlouhodobou evoluci některých astronomických objektů. Jeho studii nedávno publikoval časopis Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

 

Masivní astronomické objekty bývají obklopeny množství různého materiálu. Ten okolo nich obíhá, jako planety kolem hvězdy. Například supermasivní černé díry bývají obklopené množstvím hvězd, prachu, plynu a dalšího materiálu. Vlivem gravitačních sil se v takovém případě vytvoří plochý disk, v němž kolem černé díry krouží mnoho částic různého druhu. Takový astrofyzikální disk přitom může být velký třeba jako Sluneční soustava nebo i mnohem větší.


Disk kolem supermasivní černé díry. Kredit: ALMA/HST/Carnegie-Irvine Galaxy Survey.
Disk kolem supermasivní černé díry. Kredit: ALMA/HST/Carnegie-Irvine Galaxy Survey.

Astrofyzikální disky si během svého života obvykle neudrží jednoduchý kruhový tvar. Během milionů let se postupně vyvíjejí a objevují se na nich vlnky a podobná narušení tvaru, podobně jako vlny na hladině rybníku. Vznik a evoluce těchto vlnek už dlouho trápí astronomy a moc jim nepomáhají ani počítačové simulace. Jde totiž o procesy, které jsou na detailní modelování příliš komplexní.

 

Schrödingerova rovnice. Kredit: Georgia State University.
Schrödingerova rovnice. Kredit: Georgia State University.

Batygin se pokusil situaci zjednodušit pomocí perturbační teorie a vytvořit jednoduchý matematický model evoluce astrofyzikálního disku. Podobný postup se používá při výpočtech evoluce oběžných drah planet v planetárním systému během milionů let nebo při podobných příležitostech. Když to ale Batygin udělal s diskem, tak se mu najednou ve výpočtem objevila Schrödingerova rovnice. Prý to byl šok.

 

Schrödingerova rovnice je pohybová rovnice ve kvantové teorii. Popisuje časový a prostorový vývoj vlnové funkce částice, která se pohybuje v poli sil. Batygin vlastně zjistil, že se vlnění v astrofyzikálních discích chová podobně, jako se chovají kvantové částice. Fyzici často naříkají, že kvantová mechanika a obecná relativita jsou na sebe jako kočka a pes. Že kvantové rovnice nefungují v makrosvětě a obecná relativita je k ničemu ve světě částic. Podle Batygina bylo šokující, že Schrödingerova rovnice má co říct na škále o velikosti světelných let.


Jak se zdá, šíření vln a nerovností v astrofyzikálních discích není natolik odlišné od vln na vibrující struně, a také není tak odlišné od pohybu kvantové částice. Zní to docela logicky, ale ještě bude nutné a podle Batygina také samozřejmě vzrušující vystopovat matematiku, která za tím vším vlastně je. Schrödingerova kočka by z toho jistě měla radost.

Video:  Planet Nine from Outer Space - K. Batygin


Literatura

Caltech 5. 3. 2018, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 475: 5070–5084.

Datum: 10.03.2018
Tisk článku

Eo Ipso, Komora, Kolaps -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 122 Kč
cena: 102 Kč
Eo Ipso, Komora, Kolaps

Související články:

Kvantové zobrazování a duch Schrödingerovy kočky     Autor: Stanislav Mihulka (29.08.2014)
Vlnová funkce Schrödingerovy kočky     Autor: Stanislav Mihulka (09.02.2015)
Kvantová superpozice vstupuje do makrosvěta     Autor: Stanislav Mihulka (29.12.2015)
Je gravitace produktem spontánních kolapsů vlnové funkce?     Autor: Stanislav Mihulka (21.09.2017)



Diskuze:

ano

Marián M.,2018-03-12 13:32:16

asi ano. niekde sa mi zda, ze som tu na Oslovi cital, ze existuju (aspon teoreticky) nerotujuce cierne diery

Odpovědět


Re: ano

Vaclav Prochazka,2018-03-13 16:24:43

No víte ona je otázka jestli vůbec existují nějaké černé díry.
Základní barva vesmíru je totiž černá a základní barva černé díry je .... :-)

Černou díru zatím nikdo nikdy neviděl, vše jsou jen nepřímá pozorování, která interperetujeme tak, že je tam černá díra. Např. v jádru Galaxie by měla být černá díra o hmotnosti tuším 16 000 Sluncí. To jestli ta věc rotuje nebo ne je v tomto ohledu podružné... Ale představa je taková, že hlavní síla, která brání např. akrečnímu disku hned spadnout do díry je síla odstředivá tj. počítáme s rotací. Nepochybně si lze představit i nerotující černou díru a můžeme proto zkonstruovat i scénář jak taková věc vznikla....

Odpovědět


Re: ano

Ondřej D,2018-03-13 16:39:21

Černá díra je podle soudobých představ (znalostí), kolaps gravitační funkce o určité "hmotnosti", černá díra sama by tudíž rotovat neměla, protože není co by rotovalo. Je jenom pozůstatek po něčem, co v tomto kolapsu zaniklo a zanechalo jen vnější projevy černé díry. Černá díra je vlastně "nic" o určité měřitelné hmotnosti a gravitační síle. Druhá možnost je, že existuje něco jako hmota an sich, hmota sama o sobě, látka, která není stavem něčeho (zašněrováním struny). V takovém případě může být černá díra skutečný objekt, který má absolutní hustotu hmoty, je to hmota a nic než hmota. Ta může rotovat velice snadno, protože je dokonale hladká, a v průběhu svého vzniku zřejmě dostala určité momentum. Navenek by se však tento pohyb nepozoroval, a je diskutabilní, jestli by měl nějaké vlastnosti, jestli by byl nějaký rozdíl mezi rotující, nerotující anebo opačným směrem rotující černou dírou.

Černá díra pozorována byla, nepřímo, z gravitačního působení, takže existuje, jak vypadá a co ve skutečnosti je, se neví, a to proto, že se neví, co je hmota.

Odpovědět


Re: Re: ano

Ondřej D,2018-03-13 17:12:19

Možné je i to, že hmota v takové konfiguraci, o absolutní hustotě, de fakto ideálního geometrického tvaru sféry, nezná něco jako momentum. Neví se, jestli je pro takový objekt definovatelný rotační pohyb.

Odpovědět

Tvar Akrečního disku

Jakub Fiala,2018-03-12 07:42:13

Asi blbý dotaz. Je možná existence černé díry, která by měla "Akreční disk" bez rotace? Mohl by potom mít tvar koule?

Odpovědět


Re: Tvar Akrečního disku

Mintaka Earthian,2018-03-12 18:20:07

Mým laickým pohledem řečeno: Pokud tam nebyla rotace, tak by tam chyběla odstředivá síla a tudíž by to černá díra snadno s chutí slupla.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace