Pull to refresh

Постоянная тонкой структуры, магия чисел и потенциал Леннарда-Джонса

Level of difficultyMedium
Reading time3 min
Views8.7K

"Когда я умру, первым делом посчитаю спросить у дьявола, – каков смысл постоянной тонкой структуры?" Вольфганг Паули

Так написано в статье в Википедии Об этом числе.

Решил поизучать в чем загадочность числа и обеспечил себе на две недели досуг за игрой в циферки. Очень интересная игра, для того чтобы отвлечься от работы, если нравится наука. Занимательность нижеизложенного в том, что с точки зрения Википедии даже нумерологические упражнения над этой постоянной не дали результата.

Что отдельно интересно, все упражнения крутились вокруг некого числа около единицы, но никакие константы и их комбинации не подходили, и статья изначально задумывалась как констатация факта загадочности числа. Но неожиданно сегодня получилась точность "аш 16 знаков, Карл!", и понял, что таким занимательным фактом нужно сразу делиться с другими людьми, интересующимися физ-мат дисциплинами.

_

Магия чисел

Как то сама пришла в голову мысль связать "1+1=2", постоянную Дирака и волновую функцию. Исключил из выражения волновой функции массу, подставил скорость света с минусом и планковскую длину, перевел величины в безразмерный вид, и просто следовал за числами, составляя аппроксимацию с постоянной тонкой структуры и математическими константами, что бы это не означало.

Вот что получилось:

Постоянная тонкой структуры по данным Morel et al. 2020
Постоянная тонкой структуры по данным Morel et al. 2020
Постоянная Дирака
Постоянная Дирака
Планковская длина, м
Планковская длина, м
ВСкорость света
ВСкорость света
Постоянная Эйлера-Маскерони
Постоянная Эйлера-Маскерони
Вычитаем 3^3=27
Вычитаем 3^3=27
Вычитаем выражение от постоянной тонкой структуры
Вычитаем выражение от постоянной тонкой структуры
Вычитаем некую величину, составленную от математических констант.
Вычитаем некую величину, составленную от математических констант.

Получаем точность 16 знаков. 0,95 м/с - это подгонка значения скорости света в пределах погрешности ее определения. Подгонка такая, чтобы минимизировать отклонение двух величин, без нее точность 10^(-8).

Про способ перебора констант в компоненте 10^(-12) это занудно, не буду писать.

Так как в принципе точность вычислений порядка 10^(-15) получаем выражение:

Или по отдельности:

Волновая функция от скорости света и планковской длины
Волновая функция от скорости света и планковской длины
Какая то математичекая константа просуммированная с функцией от постоянной тонкой структуры
Какая то математичекая константа просуммированная с функцией от постоянной тонкой структуры

Делал ли так кто-то раньше, понятия не имею. И это не важно, если в первую очередь интересует красота математики, а не кто первый придумал. Ну и последний компонент 10^(-12) хоть и математически симпатичный, но он уже в области погрешностей определения исходных величин.

_

Потенциал Леннарда-Джонса и полученая константа

Дописал эту часть статьи уже после первой публикации, так как стало интересно, что же за зверь такой эта появившаяся константа и результат понравился, даже статью хотел переименовать, но непонятно изменит ли система название.

Полученное выражение
Полученное выражение

Если подинтегральное выражение отмасштабировать на точку минимума на графике, то получится функция почти точно совпадающая с потенциалом Леннарда-Джонса. Поэтому теперь можно утверждать, что между математической константой

 и физикой есть фундаментальная взаимосвязь. Не смотря на то, что, как точно выразился @Tzimie ниже в комментариях, что эта величина получена мутным образом. Да, модификация потенциала Леннарда-Джонса получена тем же способом. Да, за этой мутью отчасти были физические предположения, но многословие в научно-популярной статье не комильфо.  

Синий график - полученное выражение, серый график - потенциал Леннарда-Джонса, серая прямая - маркер единицы на вертикальной оси
Синий график - полученное выражение, серый график - потенциал Леннарда-Джонса, серая прямая - маркер единицы на вертикальной оси

Иногда, как мне кажется, крайне полезно хотя бы предполагать ответ на вопрос который изучаешь. И полностью уверен, что высокой науке есть чему поучиться в у обычных врачей, так как хороший врач не брезгует щупать где угодно пациента, ради его здоровья. Как тоже точно выразился в комментариях @V_Scalar про аналогию высокой науки и ощупывание слона с разных сторон.

Про брезгливость физиков и тем более математиков к псевдонаучным размышлениям знаю не по наслышке, и в большинстве случаев они правы. Но есть и много исключений, которые ускорили бы в свое время эволюцию.

_

Надеюсь кому-то было интересно. Если найдете ошибки или предложите интерпретации, добавим, что-то к написанному.

_

P.S. А вот если из полученного выразить планковскую массу, то точность уже будет только 5 знаков

Значение, записанное в Википедии 2,1764434(24)*10^8 кг

Поэтому есть ощущение, что развивать этот вопрос не занимаясь профессионально теорией чисел или точной сверкой физических величин, можно только в качестве игры ума.

Tags:
Hubs:
Total votes 18: ↑15 and ↓3+12
Comments49

Articles