Число Пи, спрятанное в мире квантовой физики

Еще в 2015 году ученые нашли нечто удивительное — классическую формулу для числа пи, спрятанную в мире квантовой физики.

Пи — это соотношение между окружностью круга и его диаметром, и оно невероятно важно в математике. Но это был первый раз, когда ученые обнаружили, что это число «скрывается» в мире физики, а именно, в квантовой механике при сравнении энергетических уровней атома водорода. Почему это было захватывающе? Ну, это обнаружило невероятно особую и ранее неизвестную связь между квантовой физикой и математикой.

«Я нахожу удивительным, что чисто математическая формула 17-го века характеризует физическую систему, которая была открыта 300 лет спустя», — сказал один из ведущих исследователей того времени, Тамар Фридманн, математик из Университета Рочестера в США.

Открытие было сделано, когда Карл Хаген, физик из Университета Рочестера, читал лекцию по квантовой механике и объяснял своим ученикам, как использовать квантово-механический принцип, известный как «принцип вариации», для аппроксимации энергетических состояний атом водорода. Сравнивая полученные им значения с обычными расчетами, он заметил необычную тенденцию в соотношениях.

Хаген попросил Фридмана помочь ему разобраться с этой тенденцией, и они быстро поняли, что это на самом деле проявление формулы Уоллиса для числа Пи — впервые она была получена из физики.

«Мы не искали формулу Уоллиса для Пи. Она просто упала нам на колени», — сказал Хаген.

С 1655 года было много доказательств формулы Уоллиса, но до этого все они пришли из мира математики.

«Это почти похоже на волшебство, — писал математик Кевин Кнудсон для Forbes. — То, что формула для π скрыта внутри квантовой механики атома водорода, удивительно и восхитительно».

«Природа хранила эту тайну в течение последних 80 лет, — сказал Фридман. — Я рад, что мы раскрыли это».

Мы просто не можем не задаться вопросом, какие еще существуют секретные связи, скрывающиеся между квантовой механикой и чистой математикой.