Кіріспе
Шредингер теңдеуінің сызықтық емес модификациясы
Шредингер-Ньютон теңдеуі, кейде Ньютон-Шредингер немесе Шредингер-Пуассон теңдеуі деп аталады, бұл Шредингер теңдеуінің Ньютондық гравитациялық потенциалымен сызықтық емес модификациясы болып табылады. Гравитациялық потенциал толқындық функцияның массалық тығыздығы ретінде қарастырылғанда пайда болады, соның ішінде бөлшектің өзінің гравитациялық өрісімен өзара әрекеттесуін көрсететін мүше бар. Өзіндік өзара әрекеттесу мүшесінің енгізілуі кванттық механиканың түбірінен өзгеруін білдіреді, өзін-өзі тартатын бозон жұлдыздарымен байланысты. Классикалық жалпы салыстырмалылық аясында бұл теңдеу, қисық кеңістік-уақыттағы Клейн-Гордон немесе Дирак теңдеуінің Эйнштейн өрістер теңдеулерімен бірге салыстырмалы емес лимиті ретінде көрінеді. Бұл теңдеу сондай-ақ тұманды қара материяны сипаттайды және бөлшектің массасы үлкен болған жағдайда Vlasov-Пуассон теңдеуімен сипатталған классикалық суық қара материяға жуықтап келеді. Кейіннен Лайош Диоси мен Роджер Пенроуз бұл теңдеуді кванттық толқындық функцияның күйреуін түсіндіру моделі ретінде ұсынды, содан бері "Шредингер-Ньютон теңдеуі" деген атау пайда болды. Бұл контексте материя кванттық қасиеттерге ие, ал гравитация тіпті фундаментальды деңгейде де классикалық болып қалады. Сондықтан Шредингер-Ньютон теңдеуі кванттық гравитацияның қажеттілігін тексерудің бір жолы ретінде ұсынылды. Үшінші контексте Шредингер-Ньютон теңдеуі көптеген бөлшектер жүйесіндегі өзара гравитациялық өзара әрекеттесу үшін Хартри жуықтауы ретінде пайда болады. Осыған байланысты, Филипп Шокард 1976 жылы Лозаннадағы Кулондық жүйелер симпозиумында плазманың бір компонентін сипаттау үшін электромагниттік Кулондық өзара әрекеттесуге арналған сәйкес теңдеуді ұсынды. Эллиотт Х. Либ тұрақты негізгі күйдің бар екендігін және бірегейлігін дәлелдеді және теңдеуді Шокард теңдеуі деп атады.
The Schrödinger–Newton equation, sometimes referred to as the Newton–Schrödinger or Schrödinger–Poisson equation, is a nonlinear modification of the Schrödinger equation with a Newtonian gravitational potential, where the gravitational potential emerges from the treatment of the wave function as a mass density, including a term that represents interaction of a particle with its own gravitational field. The inclusion of a self interaction term represents a fundamental alteration of quantum mechanics. in connection with self gravitating boson stars. In this context of classical general relativity it appears as the non relativistic limit of either the Klein–Gordon equation or the Dirac equation in a curved space time together with the Einstein field equations. The equation also describes fuzzy dark matter and approximates classical cold dark matter described by the Vlasov–Poisson equation in the limit that the particle mass is large. Later on it was proposed as a model to explain the quantum wave function collapse by Lajos Diósi and Roger Penrose, from whom the name "Schrödinger–Newton equation" originates. In this context, matter has quantum properties, while gravity remains classical even at the fundamental level. The Schrödinger–Newton equation was therefore also suggested as a way to test the necessity of quantum gravity. In a third context, the Schrödinger–Newton equation appears as a Hartree approximation for the mutual gravitational interaction in a system of a large number of particles. In this context, a corresponding equation for the electromagnetic Coulomb interaction was suggested by Philippe Choquard at the 1976 Symposium on Coulomb Systems in Lausanne to describe one component plasmas. Elliott H. Lieb provided the proof for the existence and uniqueness of a stationary ground state and referred to the equation as the Choquard equation.
Жартылай классикалық және кванттық гравитациямен байланысы
Шредингер-Ньютон теңдеуі, гравитация тіпті негізгі деңгейде де классикалық болып қала береді деген тұжырымдама мен кванттық материяны гравитациямен байланыстырудың дұрыс жолы – жартылай классикалық Эйнштейн теңдеулері арқылы жүзеге асырылады деп есептегенде туындайды. Бұл жағдайда, Шредингер теңдеуіне Ньютондық гравитациялық потенциал мүшесі қосылады, мұнда осы гравитациялық потенциалдың көзі – масса тығыздығы операторының немесе масса ағыны тогының күтілетін мәні болып табылады. Осыған орай, егер гравитация негізінен классикалық болса, Шредингер-Ньютон теңдеуі – бір бөлшектің фундаментальды теңдеуі болып табылады, оны көп бөлшектік жүйеге дейін обобщауға болады (төменде қараңыз). Ал егер гравитациялық өріс квантталған болса, онда фундаментальды Шредингер теңдеуі сызықтық күйінде қалады. Шредингер-Ньютон теңдеуі тек көптеген бөлшектерден тұратын жүйелердегі гравитациялық өзара әрекеттесуге жуықтау ретінде ғана қолданылады және масса орталығына ешқандай әсер етпейді.
Тиісті әсерлердің мәні
Шредингер-Ньютон теңдеуінің әсерлері маңызды болатын режимнің шамамен мөлшерін анықтау үшін қарапайым логикалық тұжырымдама қолданылуы мүмкін. Бұл теңдеу Шредингер-Ньютон теңдеуінің әсерлерінің маңызды бола бастайтын массалық диапазонды жақсы бағалайды. Атом үшін бұл көрсеткіш шамамен 1022 метрді құрайды, ал бір микрограмм масса үшін – 10−31 метрге дейін төмендейді. Массасы 1010 атомдық масса бірлігіне жуық, ал ені микрометрлермен өлшенетін режимде Шредингер-Ньютон теңдеуін болашақта эксперименттік жолмен тексеруге мүмкіндік туады. Ауыр молекулалармен жүргізілетін интерферометриялық тәжірибелер осы мақсатқа қолжеткізе алады, қазіргі таңдағы тәжірибелер 10 000 атомдық масса бірлігіне дейінгі массаларды қамтиды.
Кванттық толқын функциясының құлдырауы
Гравитация толқындық функцияның құлдырауына себеп болады (немесе бір жолмен әсер етеді) деген идея 1960 жылдарға дейін жетеді және бастапқыда Каролихази ұсынған. Диоси осы контексте Шредингер-Ньютон теңдеуін ұсынды (Eppley & Hannah ұсынған ұқсас ой эксперименті туралы да қараңыз).