Квантовая механика связанных состояний атомных ядер и электронов, обусловленных силой Колумба, привела к чрезвычайно богатой теории молекул. В частности, я думаю, что богатство теории связано с большим отношением масс нуклона к электрону. Это отношение масс приводит к приближению Борна-Оппенгеймера, которое приводит к сложному эффективному потенциалу для ядер, обладающих многими локальными минимумами: молекул.
Интересно, существуют ли аналогичные явления, в которых связанные состояния являются гравитационными? Представляется, что если взять совокупность электрически нейтральных молекул и нейтрино, то должна быть возможность образования большого числа связанных состояний, в частности из-за большого (не так давно считавшегося бесконечным) отношения масс между молекулами и нейтрино. Конечно, нейтрино очень релятивистские, и я не могу сказать, как это влияет на вещи.
Теперь, даже если мы оставим нейтрино в покое, типичный размер такого связанного состояния
куда это масса протона. Калькулятор Google показывает, что это 3,8 миллиона световых лет. Святая мольба! Тем не менее, это все еще намного меньше, чем наблюдаемая Вселенная. Могут ли во Вселенной быть места, достаточно пустые, чтобы содержать такие связанные состояния? Каким будет эффект общих релятивистских явлений (расширение пространства)? РЕДАКТИРОВАТЬ: Я думаю, что ни одно место не является достаточно пустым, по крайней мере, потому, что фоновое излучение повсюду. Может быть, эти существа станут актуальными в очень отдаленном будущем, когда радиационный фон значительно похолодает?
Подводя итог:
Что известно о квантовой механике гравитационных связанных состояний электрически нейтральных молекул и нейтрино?
Я помечаю вопрос как «квантовая гравитация», поскольку он включает в себя гравитацию и квантовую механику. Конечно, это не квантовая гравитация в обычном смысле изучения явлений планковского масштаба. Я думаю, что тег все еще уместен
РЕДАКТИРОВАТЬ: Гравитационные связанные состояния молекул часто будут нестабильными по отношению к коллапсу в связанное состояние Ван-дер-Ваальса (спасибо Владимиру за поднятие вопроса о взаимодействии Вад-дер-Ваальса в комментариях). Однако время жизни этих состояний очень велико.
Как вы правильно заметили, размер связанных состояний огромен, и ни одна область не пуста, чтобы позволить им жить. Вы можете описать эту проблему с точки зрения температуры: энергия связи этого гравитационно-связанного состояния настолько мала, что любая температура выше определенного смехотворно крошечного (холодного) порога ионизирует ваш «гравитационный атом». 1,9 Кельвина, безусловно, достаточно, на много порядков.
Если подождать миллиарды лет, можно в конце концов получить достаточно пустую Вселенную, но наблюдать за такими объектами, вероятно, будет некому. На самом деле, даже теплового излучения подобных нам наблюдателей все равно было бы достаточно, чтобы возмутить «гравитационный атом».
Вы можете получить гравитационные связанные состояния более разумных радиусов, если частицы, вращающиеся в нем, будут тяжелее — например, звезды — но тогда нет смысла описывать это квантово-механически, потому что объекты постоянно декогерентны из-за того же реликтового излучения и т. д.
В любом случае, это здорово и творчески, что вы думаете о таких, возможно, пропускаемых понятиях в обычной физике, применяемых к необычным силам и частицам. Другим упражнением для вас может быть выяснение того, могут ли быть связанные состояния, удерживаемые вместе слабым ядерным взаимодействием — обменом Z-бозонами (или W-бозонами). Есть ли какие-то новые связанные состояния, которые вы можете получить таким образом? Обратите внимание, что слабое взаимодействие так же сильно, как электромагнетизм, но его диапазон невелик, поэтому вы можете искать только среди связанных состояний, «похожих на электромагнитные», типичный радиус которых, однако, мал. Например, можно ли таким образом создать связанные состояния, подобные атому Хиггса-Хиггса?
В частности, не могли бы вы объяснить как 120 ГэВ Хиггса, так и 240 ГэВ Хиггса, наблюдаемые в ЦЕРН, используя одну и ту же отправную точку?
Скварк
Петр Мигдаль
Скварк
Владимир Калитвянский