Физики примирили статистическую и динамическую картины мира

Физики-теоретики Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США смогли объединить две фундаментально различных картины реальности - статистическую и динамическую. Революционное исследование об этом опубликовано в журнале The Journal of Chemical Physics.

В статистической механике система реализует все возможные состояния, то есть атомы принимают все возможные положения и скорости для данного объема энергии или температуры. В этом подходе ученым не важен порядок, в котором они переходят из одного состояния в другое, и время, которое на это уходит. Время не рассматривается.

Напротив, в динамическом подходе система может не иметь всех состояний, которые возможны в принципе, потому что энергии может быть не достаточно, чтобы перейти энергетический барьер или потому что временное окно слишком короткое. «Когда система не „видит“ других состояний за энергетическим барьером в динамике, это как будто путник не может разглядеть следующую долину за грядой гор», — говорит физик Юлиус Елинек.

Физики подтвердили открытие пятой фундаментальной силы природы

Выбирая один из подходов, ученые вынуждены идти по одному из расходящихся путей, поскольку эти концепции не во всем соглашаются друг с другом. При определенных условиях, например, при достаточно высоких энергиях и на большом временном отрезке, статистическая и динамическая картины мира синхронизируются. Однако во многих других случаях они заметно отличаются.

Фундаментальная характеристика, лежащая в основании статистической механики, это «плотность состояний», то есть общее число состояний, которые может принимать система при данной энергии. Проблема заключается в том, что когда дело доходит до колебательного движения систем, ученые имеют точное решение для плотности состояний только для двух идеализированных случаев, так называемых гармонических осцилляторов. Поскольку реальные системы не являются ни одной из этих двух, распространенной практикой стало использование гармонического приближения, которое держится на предположении, что реальные системы ведут себя почти так же, как гармонические.

Ученые соединили материю и свет

Это предположение неплохо работает для низких энергий, но становится неприменимым, когда энергия возрастает. Окончательное и точное решение для колебательной плотности состояний систем с любой степенью ангармонизма оставалась неразрешенной проблемой, пишет Phys.org.

Такое решение было найдено Елинеком в сотрудничестве с Дарьей Алейникавой. «Это решение принесет пользу многим отраслям физики, химии, материаловедения, нанонауки и биологии», — говорит Елинек. — Оно примиряет статистическую механику с динамикой вне зависимости от специфики или особенностей динамического поведения системы».

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Живые башни из червей: посмотрите на «суперорганизм», который нашли в саду
Наука
Имплантат сетчатки из нанопроводов восстановил зрение у мышей
Наука
На российских сайтах хотят запретить авторизацию через почту Google
Новости
ИИ против айтишников: как новые инструменты меняют ИТ-бизнес
Мнения
Оказалось, Apple Watch «обманывают» в подсчете калорий
Новости
Китай впервые проверил квантовую связь QSDC на борту многоразовой ракеты
Наука
В Москве пройдет форум MOSТИМ 2025 — обсудят цифровизацию в строительстве и выберут лучших в BIM
Новости
Россиянам могут заблокировать входящие звонки из-за рубежа
Новости
Страдающее «лицо» появилось на Солнце: ученые фиксируют поток частиц в сторону Земли
Космос
Маск и Трамп начали войну в соцсетях: что произошло и какие будут последствия
Кейсы
В Нижнем Новгороде создали «умный» материал для 3D-печати человеческих тканей
Наука
ИИ против супербактерий: в ИТМО создали платформу для поиска новых лекарств
Новости
Парк промышленных роботов в России вырос на 62% за один год
Новости
Геофизики объяснили загадочное ускорение сейсмических волн в недрах Земли
Наука
Семь российских вузов разделят 4,7 млрд рублей на исследования в области ИИ
Иннополис
Найден способ изучать квантовые состояния, которые десятилетиями не получалось поймать
Наука
Каталог кейсов применения квантовых технологий представили в России
Новости
Ozempic и мужское здоровье: как препарат влияет на либидо и восприятие размера пениса
Наука
Землю 2.0 нашли рядом со звездой, похожей на Солнце
Космос
Рыбу «Судного дня» случайно нашли в на пляже: почему ее опасаются
Наука