Ван Гог — пророк квантового мира? Учёные доказали: вихри на «Звёздной ночи» Ван Гога подчиняются законам физики

Почему «Звёздная ночь» Ван Гога — не просто искусство: физики нашли её вихри в квантовом мире

Вы когда-нибудь всматривались в небо Ван Гога? Те самые закрученные мазки, которые кажутся живыми. Оказывается, похожие структуры удалось создать в лаборатории — в капле газа, охлаждённой до температуры, близкой к абсолютному нулю. И это не совпадение, а проявление фундаментальной физики, общей для облаков и квантовых жидкостей.

Речь об открытии, которое сделали физики из Японии и Южной Кореи. Они смоделировали внутри конденсата Бозе-Эйнштейна неустойчивость Кельвина-Гельмгольца — то, что заставляет волны закручиваться в вихри. Но вместо обычного «квантового пены» они увидели странные серповидные объекты. Полумесяцы, торчащие из квантовой пустоты.

Моё личное наблюдение: когда я впервые увидел снимки этих вихрей, сразу вспомнил правый верхний угол «Звёздной ночи». Там огромный полумесяц, словно разрезающий небо. Физики назвали такие структуры эксцентричными дробными скирмионами. Я бы сказал — лунные зайцы из мира сверхтекучести.

Что такое неустойчивость Кельвина-Гельмгольца и при чём тут облака

Ветер дует над водой. На границе сред возникают волны — растут, закручиваются, превращаются в барашки. Это и есть классическая неустойчивость Кельвина-Гельмгольца. Полтора века физики знают, как она работает в обычных жидкостях. Но как поведёт себя квантовая жидкость?

Чтобы проверить, исследователи взяли конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) из атомов лития. Это состояние материи, при котором атомы ведут себя как один гигантский суператом. Температура — всего 100 нанокельвинов (почти -273,15°C). При таких условиях жидкость становится сверхтекучей — течёт без трения. Идеальный полигон для квантовой гидродинамики.

Как это работает: пошаговый разбор эксперимента

Вот что сделали учёные:

• Создали два встречных потока внутри КБЭ — один двигался быстрее, другой медленнее.
• На границе потоков начали расти «пальцы» — волны, как на поверхности воды.
• Обычно такие волны разбиваются в турбулентность. Но здесь возникли упорядоченные вихри.
• Каждый вихрь оказался не обычной воронкой, а серпом с разрывом внутри — дробным скирмионом.

Скирмионы — это топологические дефекты, похожие на узел. Их предсказал физик Тони Скирм ещё в 1962 году. С тех пор их нашли в магнитных материалах, а теперь — в квантовых газах. Обычно скирмионы симметричные, как кольца. Но здесь — полумесяцы с изломом в центре. Нарушение симметрии, которое раньше считалось невозможным.

Таблица: классика против квантов

Эксцентричные дробные скирмионы (ЭДС) — это не просто вихри. Они содержат антиферромагнитную спиновую сингулярность — точку, где порядок резко ломается. Структура напоминает лунный серп с крошечным узелком внутри. Физикам такое встречается впервые.

Зачем это нужно: от фундаментальной физики к спинтронике

Скирмионы — кандидаты на роль элементов памяти в будущих компьютерах. Они маленькие, стабильные, ими легко управлять магнитным полем. Но до сих пор работали только с целыми, симметричными скирмионами. Дробные — вызов и одновременно новый инструмент.

Представьте, что вы можете кодировать информацию не только в целых числах (0 или 1), но и в дробях. Это расширяет возможности квантовой спинтроники. Кроме того, ЭДС нарушают привычную топологическую классификацию. Теоретикам придётся пересматривать основы.

Моё мнение: такие открытия — лучшее лекарство от зашоренности. Когда я читаю про квантовые эксперименты, каждый раз поражаюсь: как из хаоса рождается порядок. Искусство и физика сходятся в одном — в поиске скрытых закономерностей. Ван Гог не знал о скирмионах, но его кисть чувствовала то же самое, что видят сейчас физики в микроскоп.

Что дальше: новый зоопарк квантовых явлений

Команда планирует точные измерения — проверить предсказания теории. Но главное: они открыли дверь в мир многокомпонентных спинорных конденсатов. Кто знает, какие ещё фигуры скрываются в этих квантовых жидкостях? Может быть, спиральные галактики? Или целые вселенные?

Пока это только вопросы. Но факт остаётся: неустойчивость Кельвина-Гельмгольца — универсальный механизм, от облаков до квантов. И каждый раз, глядя на «Звёздную ночь», я вижу теперь не только краски, но и уравнения.

Резюме от автора: Физики впервые наблюдали эксцентричные дробные скирмионы — квантовые вихри в форме полумесяца. Они возникают на границе встречных потоков сверхтекучего конденсата, как волны в океане. Связь с картиной Ван Гога — не метафора, а визуальное совпадение фундаментальных форм. Наука и искусство снова пересеклись, и это прекрасно.