Класическата формула за числото Пи се спотайва във водородния атом: доказателство, че няма нищо случайно на този свят

от 12 март 2018г.

През 2015 г. учените откриха нещо невероятно – класическата формула за числото Пи, скрита в света на квантовата физика.

Пи (π) е съотношението между обиколката на кръга и неговия диаметър и е изключително важно в чистата математика. Но едва тогава за първи път учените установяват, че то се „спотайва“ и в света на физиката – при употребата на принципи от квантовата механика за сравнение на енергийните нива на водородния атом.

Защо това откритие е толкова вълнуващо? Е, то разкрива невероятна специална връзка, непозната до този момент, между квантовата физика и математиката. Направо тръпки да те побият – някои биха го нарекли „съдба“ или „предопределеност“, доказателство, че в този свят няма случайни неща.

За първи път идеята, че материята е съставена от миниатюрни частици, се появява в Индия през VI в. пр. н. е. – теориите на джайнизма. По-късно, около 450 г. пр. н. е., Левкип и неговият ученик Демокрит, се превръщат в основоположници на тази научна хипотеза и за първи път употребяват термина atomos, който означава „неделим“.

Прескачаме бързо през вековете и хилядолетията и стигаме до 1909 г., когато новозеландецът Ърнест Ръдърфорд открива по експериментален път модела на атомното ядро, доразвит няколко години по-късно от Нилс Бор.

„Намирам за очарователен факта, че напълно математическа формула от XVII в. характеризира физична система, открита 300 години по-късно,“ казва един от водещите учени в областта, Тамар Фрийдман – математик от университета на Рочестър, САЩ.

Откритието е направено, докато Карл Хейгън, специалист по физиката на елементарните частици от Рочестър, преподава квантова механика и обяснява на студентите си как да използват техниката, наречена „вариационен принцип“, за да достигнат до енергийните състояния на водородния атом.

Когато сравнил стойностите с конвенционалните изчисления, той забелязал необичайна тенденция в съотношенията. След това помолил Фрийдман да му помогне с разнищването на тази тенденция и бързо осъзнали, че всъщност е поредното доказателство за формулата на Уолис за Пи – за първи път извлечено от физиката.

Формулата с доказателството на Уолис

„Не търсихме формулата на Уолис за Пи. Тя просто ни падна от небето,“ казва Хейгън.

„Беше истинска изненада,“ добавя Фрийдман. „Заподскачах нагоре-надолу, когато от уравненията за водородния атом получихме формулата на Уолис.“

От 1655 г. насам са открити много доказателства за формулата на Уолис, но до този момент всички са били математически. Ето и две страници от книгата на Уолис „Arithmetica Infinitorium” (Аритметика на безкрайността):

„Аритметика на безкрайността“ е публикувана през далечната 1655 г. от английския математик Джон Уолис.

„Това прилича почти на магия,“ пише консултантът по математика за списание Forbes Кевин Нудсон. „Тази формула за Пи, скрита в квантовата механика на водородния атом, е изненадваща и възхитителна.“

„Природата е пазила тайната си през последните 80 години (от откриването на атома),“ казва Фрийдман. „Радвам се, че я разкрихме.“

Вероятно вече си мислите дали някъде там в природата и цялата вселена има и други тайни връзки, спотайващи се между квантовата механика и чистата математика. Със сигурност! В този свят няма нищо случайно!

По статията работи: Величка Мартинова
Източник: sciencealert.com

Още по темата: