Мы привыкли к тому, что квантовая механика уверенно входит в нашу жизнь. Телефоны, компьютеры и средства связи навсегда изменили привычный уклад жизни. Квантовая механика позволяет не только разгадывать тайны микромира, но и объяснять устройство всей Вселенной.
Очередным триумфом квантовой механики и всей отечественной науки можно считать уникальное достижение команды молодых российских физиков-теоретиков, работавших под руководством опытных наставников.
Используя новые нейросетевые методы моделирования на базе современных суперкомпьютеров, учёные смогли точно рассчитать возраст Вселенной.
В основе принятого подхода лежит факт, что любая частица обладает волновыми свойствами. Любой частице можно соотнести соответствующую волну, называемую волной де Бройля, длина которой определяется соотношением:
При этом функция распространения этой волны описывается гармонической функцией в комплексном виде следующим образом:
Это полностью согласуется с описанием квантовой частицы в виде волновой функции, которая является фактически волновым пакетом и является базисом энергетического представления частицы, как решения уравнения Шрёдингера.
На рассмотрении частицы, как волнового пакета, основан способ описания частицы в виде интегрального представления Фурье:
Таким образом, если рассматривать частицу как энергетический волновой пакет, то полную энергию частицы можно определить как сумму энергии цуга волн, описываемую интегральным представлением Фурье.
Ученые обратили внимание на граничные условия интегрирования. Интеграл по времени вычисляется в диапазоне от –∞ до +∞. Это безусловно является определенным упрощением. Если следовать общепринятой теории Большого Взрыва, что надо признать, что время не может быть отрицательным или бесконечным.
При описании реальных физических явлений необходимо принимать, что время может изменяться только в диапазоне от ноля до текущего возраста Вселенной.
Безусловно, в большинстве прикладных расчетов возраст Вселенной можно считать очень большим, даже бесконечным. Но для получения реальных точных значений в энергетических расчетах максимальные граничные параметры времени должны соответствовать возрасту Вселенной.
С учетом того, что полная энергия частицы известна из знаменитого соотношения Эйнштейна E=mc², то она становится функцией от значения возраста Вселенной. Это позволяет вычислить возраст Вселенной, решив уравнение №3 с учетом реальных граничных условий.
К сожалению, аналитическое решение уравнения невозможно. Поэтому группа ученых разработала математическую модель, которая была решена численными методами с использованием современных нейросетевых технологий.
В результате было установлено, что возраст Вселенной выражается соотношением:
Показательно, что возраст Вселенной зависит только от универсальной физической константы α – постоянной тонкой структуры.
С учетом того, что α =1/137 и π=3.14, несложно провести математические вычисления и получить значение точного возраста Вселенной:
Этот результат прекрасно совпадает с общепринятым экспериментально полученным значением: 13,75 ± 0,13 млрд. лет.
Таким образом, квантовая механика вновь подтвердила свою предсказательную силу. А полученный уникальный теоретический результат подтверждает справедливость современных представлений о Вселенной и о квантовых законах, лежащих в её основе.
Публикация подготовлена на основе материалов
газеты «Правда» от 1 апреля 2025 года.
Другие публикации на эту тему :
"Учёные экспериментально доказали материальность информации. Это может изменить всю современную физику"