Dit artikel bespreekt het onderzoek naar pilot-wave hydrodynamica, een veld dat ontstond na de ontdekking dat druppels op een trillend vloeistofbad kenmerken vertonen die voorheen alleen aan de kwantummechanica werden toegeschreven.
Het onderzoek is opgedeeld in drie kerngebieden:
- Stuiterende en lopende druppels: Het bestuderen van de dynamiek van 'walkers' door middel van experimentele visualisatie en theoretische stroboscopische modellen.
- Hydrodynamische Kwantumanaloga (HQA): Het identificeren van klassieke parallellen met kwantumfenomenen, zoals diffractie, tunneling, Friedel-oscillaties en het Talbot-effect.
- Het Gegeneraliseerde Pilot-Wave-Kader: Het creëren van een wiskundige brug tussen macroscopische vloeistofdynamica en de microscopische kwantumtheorieën van Louis de Broglie en David Bohm.
Het uiteindelijke doel is het begrijpen hoe lokale, klassieke dynamiek kan leiden tot schijnbaar niet-lokaal gedrag, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van een eigen Hydrodynamische Kwantumtheorie.
Pilot-wave hydrodynamica
Voor een overzicht raad ik aan de reviews over dit onderwerp te lezen, in het bijzonder de meest recente, Hydrodynamic Quantum Analogs, verschenen in 2020 in Reviews of Progress in Physics.
Relevante publicaties:
- Hydrodynamic quantum analogs. ROPP, 2020.
- Introduction to HQA focus issue. Chaos, 2018.
- Pilot-wave hydrodynamics. ARFM, 2015.
- The new wave of pilot-wave theory. Physics Today, 2015.
Stuiterende en lopende druppels: naar een hydrodynamische pilot-wave-theorie
Onze eerste studies waren gericht op het begrijpen van de dynamiek van druppels die stuiteren en lopen op een trillend bad. Vooruitgang werd geboekt dankzij een geïntegreerd experimenteel en theoretisch programma. Experimentele vooruitgang maakte nauwkeurige druppelgeneratie, badvibratie en stromingsvisualisatie mogelijk.
Theoretische ontwikkelingen hebben geleid tot een robuust stroboscopisch model dat een kwantitatieve beschrijving geeft van de dynamiek van vrije 'walkers'. Latere theoretische verfijningen hebben gezorgd voor een nauwkeurige beschrijving van complexere walker-systemen, waaronder systemen met meerdere walkers en interacties tussen walkers en ondergedompelde grenzen.
Onderzoeksonderwerpen:
- De stabiliteit van druppelparen
- Het overschrijden van de Faraday-drempel
- Oppervlakte-Schlieren en lopende druppels
- Niet-speculaire reflectie
- Visualiseren van pilot-wave-fenomenen
- Het bouwen van een betere schudtafel
- Het bouwen van een betere druppelgenerator
- Faraday pilot-wave-dynamiek
- Het stroboscopische model
- Stuiterende en lopende exotica
- Lopende druppels: theorie
- Stuiterende druppels: theorie
- Quasi-statische druppelimpact
- Druppels die stuiteren op een trillende zeepfilm
Hydrodynamische Kwantumanaloga
De tweede focus van ons onderzoek betrof een onderzoek naar het potentieel en de beperkingen van het loop-druppelsysteem als kwantumanalogon. We begonnen met het herbezoeken van een aantal van de vroege hydrodynamische kwantumanaloga (HQA's) die werden ontdekt door Yves Couder, Emmanuel Fort en hun medewerkers in Parijs, waaronder walker-diffractie, orbitale walker-dynamiek, kristalvibraties en walker-tunneling.
We hebben ook een aantal nieuwe HQA's ontdekt en verkend, waaronder walkers in 'corrals', Friedel-oscillaties en spin-roosters. Evenzo hebben we een aantal nieuwe hydrodynamische analoga van optische systemen onderzocht, waaronder analoga van het Talbot-effect en optische dimeren. Ons werk heeft aangetoond dat het gemiddelde pilot-wave-potentiaal een rol kan spelen die analoog is aan het niet-lokale kwantumpotentieel in de Bohm-mechanica, en maakt zo duidelijk hoe klassieke, lokale pilot-wave-dynamiek kan leiden tot schijnbaar niet-lokaal gedrag.
Onderzoeksonderwerpen:
- Hydrodynamische spin-roosters
- Stuiterende druppels: vrije ringen
- HQA van Friedel-oscillaties
- Bouncers in een beperkte ring
- Walkers tunnelen: experimenten
- Ratcheting druppelparen
- Het gemiddelde pilot-wave-potentiaal
- Banen in een cirkelvormige corral
- Walker-pilaar interacties
- Promenerende druppelparen
- Walker-beweging in een veerkracht
- Walkers tunnelen: numeriek
- Walker-spleetdiffractie
- Orbiterende druppelparen
- Statistische projectie-effecten
- Hydrodynamisch Talbot-effect
- Cirkelvormige banen in een centrale kracht
- Hydrodynamische boost-factor
- Exotische banen in een roterend referentiekader
- Roterend referentiekader: orbitale stabiliteit
- Roterend referentiekader: experimenten
- Een HQA van de kwantumcorral
Het Gegeneraliseerde Pilot-Wave-Kader
De belangrijkste dynamische kenmerken die verantwoordelijk zijn voor de kwantumkenmerken van het loop-druppelsysteem zijn de resonantie tussen het deeltje en de golf, en het daarmee gepaard gaande, aanhoudende quasi-monochromatische pilot-wave-veld.
Nadat we deze kernkenmerken hebben geïdentificeerd, kunnen we verder gaan door een bredere klasse van dynamische systemen met deze kenmerken te verkennen. Dit heeft de mogelijkheid onthuld om aanvullende kwantumkenmerken vast te leggen met klassieke pilot-wave-systemen. Het gegeneraliseerde pilot-wave-kader biedt ook een basis voor het vergelijken van het loop-druppelsysteem met kwantum pilot-wave-theorieën, waaronder die van Louis de Broglie en David Bohm, waardoor er een wiskundige brug wordt geslagen tussen het macroscopische en microscopische rijk. Tot slot heeft het geïnspireerd tot de ontwikkeling van onze Hydrodynamische Kwantumtheorie, een uitbreiding van de oorspronkelijke theorie van de Broglie, geïnformeerd door het hydrodynamische systeem.
Onderzoeksonderwerpen:
- Gegeneraliseerd Pilot-Wave-Kader: het vrije deeltje
- Hydrodynamische kwantumveldentheorie II
- Hydrodynamische kwantumveldentheorie I
- Snelheidsoscillaties in klassieke pilot-wave-dynamiek
- Naar een gegeneraliseerde pilot-wave-theorie
- Hydrodynamische spintoestanden
- GPWF: orbitale dynamiek en trapping
- Orbitale dynamiek: het ontstaan van chaos
Pilot-wave hydrodynamica
Voor een overzicht raad ik aan de reviews over dit onderwerp te lezen, in het bijzonder de meest recente, Hydrodynamic Quantum Analogs, verschenen in 2020 in Reviews of Progress in Physics.
Relevante publicaties:
- Hydrodynamic quantum analogs. ROPP, 2020.
- Introduction to HQA focus issue. Chaos, 2018.
- Pilot-wave hydrodynamics. ARFM, 2015.
- The new wave of pilot-wave theory. Physics Today, 2015.
Stuiterende en lopende druppels: naar een hydrodynamische pilot-wave-theorie
Onze eerste studies waren gericht op het begrijpen van de dynamiek van druppels die stuiteren en lopen op een trillend bad. Vooruitgang werd geboekt dankzij een geïntegreerd experimenteel en theoretisch programma. Experimentele vooruitgang maakte nauwkeurige druppelgeneratie, badvibratie en stromingsvisualisatie mogelijk.
Theoretische ontwikkelingen hebben geleid tot een robuust stroboscopisch model dat een kwantitatieve beschrijving geeft van de dynamiek van vrije 'walkers'. Latere theoretische verfijningen hebben gezorgd voor een nauwkeurige beschrijving van complexere walker-systemen, waaronder systemen met meerdere walkers en interacties tussen walkers en ondergedompelde grenzen.
Onderzoeksonderwerpen:
- De stabiliteit van druppelparen
- Het overschrijden van de Faraday-drempel
- Oppervlakte-Schlieren en lopende druppels
- Niet-speculaire reflectie
- Visualiseren van pilot-wave-fenomenen
- Het bouwen van een betere schudtafel
- Het bouwen van een betere druppelgenerator
- Faraday pilot-wave-dynamiek
- Het stroboscopische model
- Stuiterende en lopende exotica
- Lopende druppels: theorie
- Stuiterende druppels: theorie
- Quasi-statische druppelimpact
- Druppels die stuiteren op een trillende zeepfilm
Hydrodynamische Kwantumanaloga
De tweede focus van ons onderzoek betrof een onderzoek naar het potentieel en de beperkingen van het loop-druppelsysteem als kwantumanalogon. We begonnen met het herbezoeken van een aantal van de vroege hydrodynamische kwantumanaloga (HQA's) die werden ontdekt door Yves Couder, Emmanuel Fort en hun medewerkers in Parijs, waaronder walker-diffractie, orbitale walker-dynamiek, kristalvibraties en walker-tunneling.
We hebben ook een aantal nieuwe HQA's ontdekt en verkend, waaronder walkers in 'corrals', Friedel-oscillaties en spin-roosters. Evenzo hebben we een aantal nieuwe hydrodynamische analoga van optische systemen onderzocht, waaronder analoga van het Talbot-effect en optische dimeren. Ons werk heeft aangetoond dat het gemiddelde pilot-wave-potentiaal een rol kan spelen die analoog is aan het niet-lokale kwantumpotentieel in de Bohm-mechanica, en maakt zo duidelijk hoe klassieke, lokale pilot-wave-dynamiek kan leiden tot schijnbaar niet-lokaal gedrag.
Onderzoeksonderwerpen:
- Hydrodynamische spin-roosters
- Stuiterende druppels: vrije ringen
- HQA van Friedel-oscillaties
- Bouncers in een beperkte ring
- Walkers tunnelen: experimenten
- Ratcheting druppelparen
- Het gemiddelde pilot-wave-potentiaal
- Banen in een cirkelvormige corral
- Walker-pilaar interacties
- Promenerende druppelparen
- Walker-beweging in een veerkracht
- Walkers tunnelen: numeriek
- Walker-spleetdiffractie
- Orbiterende druppelparen
- Statistische projectie-effecten
- Hydrodynamisch Talbot-effect
- Cirkelvormige banen in een centrale kracht
- Hydrodynamische boost-factor
- Exotische banen in een roterend referentiekader
- Roterend referentiekader: orbitale stabiliteit
- Roterend referentiekader: experimenten
- Een HQA van de kwantumcorral
Het Gegeneraliseerde Pilot-Wave-Kader
De belangrijkste dynamische kenmerken die verantwoordelijk zijn voor de kwantumkenmerken van het loop-druppelsysteem zijn de resonantie tussen het deeltje en de golf, en het daarmee gepaard gaande, aanhoudende quasi-monochromatische pilot-wave-veld.
Nadat we deze kernkenmerken hebben geïdentificeerd, kunnen we verder gaan door een bredere klasse van dynamische systemen met deze kenmerken te verkennen. Dit heeft de mogelijkheid onthuld om aanvullende kwantumkenmerken vast te leggen met klassieke pilot-wave-systemen. Het gegeneraliseerde pilot-wave-kader biedt ook een basis voor het vergelijken van het loop-druppelsysteem met kwantum pilot-wave-theorieën, waaronder die van Louis de Broglie en David Bohm, waardoor er een wiskundige brug wordt geslagen tussen het macroscopische en microscopische rijk. Tot slot heeft het geïnspireerd tot de ontwikkeling van onze Hydrodynamische Kwantumtheorie, een uitbreiding van de oorspronkelijke theorie van de Broglie, geïnformeerd door het hydrodynamische systeem.
Onderzoeksonderwerpen:
- Gegeneraliseerd Pilot-Wave-Kader: het vrije deeltje
- Hydrodynamische kwantumveldentheorie II
- Hydrodynamische kwantumveldentheorie I
- Snelheidsoscillaties in klassieke pilot-wave-dynamiek
- Naar een gegeneraliseerde pilot-wave-theorie
- Hydrodynamische spintoestanden
- GPWF: orbitale dynamiek en trapping
- Orbitale dynamiek: het ontstaan van chaos
Groetjes,