Znaleziono liczbę Pi w równaniach fizyki kwantowej
Dwóch naukowców - matematyk i fizyk - dokonało odkrycia, które budzi duże poruszenie. Odnaleźli klasyczny wzór na liczbę Pi w równaniach opisujących atomy wodoru w mechanice kwantowej.
Nigdy wcześniej się to nie zdarzyło - naukowcom udało się zobaczyć działanie liczby Pi w świecie fizyki kwantowej. Pi jest stałą matematyczną, która określa relację obwodu koła do jego średnicy i jest oczywiście niezwykle ważną stałą w matematyce. Teraz okazało się, że "ukrywała" się także w świecie fizyki - naukowcy odkryli ją, stosując fizykę kwantową do zestawienia poziomu energii w atomach wodoru.
Dlaczego jednak jest to tak fascynujące odkrycie? Otóż dlatego, że odkrywa przed nami zupełnie niezwykłą i dotąd nieznaną relację między matematyką i fizyką kwantową.
- Wydaje mi się to niesamowite, że czysty matematyczny wzór wyprowadzony w XVII wieku może charakteryzować system fizyczny odkryty 300 lat później - powiedział Tamar Friedmann, matematyk na Uniwersytecie w Rochester, jeden z głównych badaczy biorących udział w tym przedsięwzięciu.
Odkrycia dokonano, kiedy Carl Hagen, fizyk cząstek elementarnych na Uniwersytecie w Rochester, wykładał studentom mechanikę kwantową, tłumacząc przy tym zastosowanie ważnego twierdzenia mechaniki kwantowej - zasady wariacyjnej - do określania stanów energii w atomach wodoru.
Porównując te wartości do konwencjonalnych kalkulacji, zauważył nietypową tendencję we wskaźnikach. Poprosił więc Friedmanna, żeby pomógł mu rozpatrzyć i ocenić tę tendencję. Razem szybko zorientowali się, że jest to manifestacja wzoru Wallisa na Pi - pierwsza, jaką dostrzeżono w fizyce w ogóle. Wzór Wallisa to siedemanstowieczny sposób na rozwinięcie liczby Pi - dziś już nie używany, ale nie ze względu na wykazany błąd, a jedynie dlatego, że współcześnie mamy znacznie szybsze sposoby na precyzyjne określanie Pi.
- Nie szukaliśmy wzoru Wallisa na liczbę Pi - mówi Hagen - on po prostu sam się pojawił.
- I było to dla nas zupełnym zaskończeniem - dodaje Friedmann - niemal podskoczyliśmy z radości, kiedy nagle wzór Wallisa pojawił się w równaniach dotyczących atomów wodoru. Natura kryła ten sekret przez 80 lat. Cieszę się, że wreszcie ją ujawniła.
Od 1655 roku wielokrotnie przedstawiano dowody na poprawność wzoru Wallisa, ale wszystkie pochodziły ze świata matematyki i to odkrycie może nam teraz dobrze poprzewracać w głowach.
Zagadnienie zostało opisane w czasopiśmie "Journal of Mathematical Physics".
Opracowano na podstawie artykułu A Classic Formula For Pi Has Been Discovered Hidden in Hydrogen Atoms opublikowanego w serwisie Sciencealert.com.
