От макротеченията до квантовите струни: уравненията от XIX век завладяват новия свят

Изследователи от Физическия факултет на Варшавския университет доказаха, че уравненията на Навие-Стокс могат да бъдат обобщени за квантовите системи, по-конкретно за квантовите флуиди, в които движението на частиците е ограничено до едно измерение. Техният научен труд е публикуван в Physical Review Letters и е признат от редакторите за особено значим.

Уравненията на Навие-Стокс, формулирани през XIX век, са в основата на динамиката на флуидите. Те описват движението на течностите и газовете, като намират приложение в различни области – от метеорологията до медицината и физиката на елементарните частици. Адаптирането им към квантовите системи обаче досега оставаше предизвикателство.

Изследванията на варшавските учени се основават на т.нар. обобщена хидродинамика, която взема предвид множество закони за запазване, характерни за интегрируемите квантови системи. В работата си те разглеждат влиянието на взаимодействията, които разрушават интегрируемостта на системата, и показват, че в този случай уравненията на хидродинамиката се допълват с допълнителен член, подобен на кинетичното уравнение на Болцман.

Авторите на статията са извели и формулите за транспортните коефициенти, като вискозитет и топлопроводимост. Те са установили, че тези величини се сумират в два компонента, единият от които се дължи на интегрируемите взаимодействия, а другият – на нарушаването на интегрируемостта. Този резултат помага да се обяснят някои несъответствия между класическата кинетична теория и експерименталните данни.

Откритието има не само теоретично, но и практическо значение, тъй като може да бъде приложено при изследванията на свръхстудените квантови газове. В бъдеще учените възнамеряват да разширят теорията до по-сложни системи.