Предложен метод моделирования галактик в лаборатории с помощью ионов

Галактика Туманность Андромеды
© Wikimedia Commons
Ученые выяснили, как создать модель галактики в лаборатории. Они предложили воспроизводить ее динамику с помощью другой физической системы — атомарных ионов в ловушке. В отличие от используемых астрофизических моделей, которые дают приближенные результаты, такой подход позволяет проводить экспериментальные исследования в лаборатории и предлагает более точный ответ, почему и как меняется движение звезд относительно центра галактики и как она может трансформироваться. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале International Journal of Bifurcation and Chaos.
Космос — сложная динамическая нелинейная система. Это значит, что мельчайшие изменения в начальных условиях приводят к непредсказуемым результатам. Поэтому прогнозировать астрономические события в масштабе Вселенной, так же как и погоду, возможно лишь на короткий срок. Для этого ученые используют разные математические модели. Одна из них — потенциал Хенона-Хейлеса. Он позволяет изучить динамику движения звезд вокруг центра галактики численным и аналитическим методом, то есть не только рассчитать, при каких условиях периодическое движение звезды станет хаотическим, но и понять, почему это произойдет. Однако методы математического моделирования в физике всегда основаны на использовании допущений, благодаря которым математическое описание в принципе становится возможным. Такие допущения неизбежно приводят к потере информации об исследуемой системе, а провести эксперимент на реальных космических объектах и проверить выводы исследования — не осуществимо.
Исследователи международного научно-образовательного центра физики наноструктур ИТМО выяснили, что классический астрофизический потенциал Хенона-Хейлеса можно реализовать и при движении атомарных ионов в специально разработанных ловушках. Так ионы могут сыграть роль звезд в астрофизических экспериментах прямо в лаборатории.
«Потенциал Хенона-Хейлеса позволяет получить систему дифференциальных уравнений, анализ которой хорошо объясняет, почему, при каких условиях и каким образом характер движения космообъектов меняется с периодического на хаотический. Но математическая модель дает лишь приближенный ответ. Благодаря нашей работе мы сможем смоделировать одну физическую систему через другую, то есть моделировать Вселенную, исследовать астрофизические процессы и влиять на них, принимая космообъекты за ионы, нано- и микрочастицы в ловушке. Так мы сможем воссоздать более-менее реальную космическую систему “на ладони” и получить ответ, почему и как меняется движение звезд относительно центра галактики и как она может трансформироваться», — отметил один из авторов исследования, заведующий лабораторией в международном научно-образовательном центре физики наноструктур ИТМО Семен Рудый.
Чтобы моделировать астрономические события в лаборатории, ученые спроектируют новый тип ловушки для частиц. В ее основе — две стеклянные подложки с нанесенными электродами из оксида индия-олова. Такая конструкция позволит создать желаемое распределение электрического поля, чтобы наблюдать и анализировать движение ионов с помощью оптических методов.
«Открытая нами возможность использовать потенциал Хенона-Хейлеса из астрофизики для задач нелинейной динамики наночастиц стала приятным сюрпризом. Обычно физические законы, работающие в макромире, не относятся к микромиру и наоборот, потому что атомарные ионы могут вести себя как квантовые объекты. В этом исследовании мы не выходили за рамки классической физики, поэтому можно утверждать, что кажущиеся совершенно разными по природе хаотические системы подчиняются одним и тем же закономерностям и могут воспроизводить друг друга», — объяснил руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории «Нелинейная оптика конденсированных сред» международного научно-образовательного центра физики наноструктур ИТМО Дмитрий Щербинин.
Источник: indicator.ru
Похожие записи
Оцените материал:
Похожие записи
Европа отправится в одиночное путешествие на Венеру после того, как НАСА отозвало радарный прибор.
13.09.2026
Компания Automattic подтвердила возвращение Малленвега на пост генерального директора после попытки его смещения советом директоров.
13.09.2026
Anthropic заявила, что китайские DeepSeek и Moonshot AI перенаправляли некоторые запросы пользователей к моделям Claude и выдавали их ответы за свои
13.09.2026Присоединяйтесь и подпишитесь на рассылку самых свежих новостей по Email
Получайте свежие новости и идеи на почту. Без спама — только самое интересное.
Нажимая «Подписаться», вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.
