Математика объединяет небо и атом

Изображение с сайта: http://www.deter.com

Удивительные открытия совершили ученые за последние несколько лет: они обнаружили скрытую связь между движением объектов в космосе и движением микрочастиц. Оказалось, математические уравнения, описывающие механику небесных тел и некоторые аспекты атомной физики, практически не отличаются друг от друга. Эти открытия позволили ввести новые методы моделирования космических полетов.

Представьте себе, что траектория движения группы астрономических тел (например, Солнца, Земли и космического корабля) выстроена их гравитационным взаимодействием. Математическая теория динамических систем описывает движение этих тел относительно друг друга. При такой системе сложное взаимодействие гравитационных сил создает в пространстве между телами трубообразные «магистрали». Если космический корабль выходит на одну из таких «магистралей», он мчится по ней с минимальным расходом энергии. Разработчики космического корабля «Генезис» при помощи математиков, инженеров и физиков использовали эти магистрали, и в результате аппарат достиг своей цели, сэкономив приличный объем топлива.

К немалому удивлению ученых, те же процессы происходили и на уровне атомов. Они обнаружили это при изучении так называемого «переходного состояния», которое описывает химическая динамика. «Переходное состояние» можно представить себе как барьер, который необходимо преодолеть, для того чтобы произошла химическая реакция (то есть чтобы реагент превратился в продукт реакции). Понимание геометрии этих барьеров объясняет не только природу химических реакций, но и форму «магистралей» в астрономических системах.

Возможность взаимодействия атомной и небесной динамики возникает благодаря тому, что движение тел в астрономических системах и движение энергетических уровней электронов в простых системах описывается одними и теми же уравнениями, и ученые считают, что эти же уравнения можно применить и к более сложным молекулярным системам. Схожим образом можно описать и «переходные состояния» в химии, лишь с разным определением «реагента» и «продукта реакции». И обе эти сферы объединяет математическое моделирование. Ученые считают, что благодаря универсальности описания «расчет орбиты космического корабля можно перенести на уровень ионизации атомов и химических реакций между молекулами!». Математические модели, связывающие воедино столь непохожие области науки, во-первых, представляют собой огромный теоретический интерес для математиков, физиков и химиков, а во-вторых, имеют большую практическую ценность для химиков и для разработчиков космических полетов.

Подписаться на журнал "Человек без границ"