BeeTheory – Podstawy – Uwaga techniczna I

Uregulowana funkcja falowa dla teorii pszczół

Minimalne, jednoparametrowe udoskonalenie funkcji falowej BeeTheory, które usuwa osobliwość w punkcie początkowym, zachowując jednocześnie wszystkie przewidywania teorii w większych skalach. Ta notatka ustanawia matematyczne podstawy potrzebne do rygorystycznego rozszerzenia teorii BeeTheory od cząstek elementarnych do galaktyk.

Funkcja falowa teorii pszczół

$$\psi(r) = \frac{1}{N}\,\exp\!\left(-\frac{\sqrt{r^2 + a^2}}{a}\right) $$

gdzie $a$ jest naturalną skalą długości cząstki
(dla wodoru: $a = a_0 = 5,29 \ razy 10^{-11}$ m, promień Bohra)

Formuła ta posiada trzy właściwości, które sprawiają, że BeeTheory jest kompletną i dobrze zdefiniowaną teorią w każdej skali, od subatomowej do galaktycznej:

Własność Wartość przy $r = 0 Zachowanie dla $r \ gg a$
Funkcja falowa $\psi(r)$ $e^{-1} \ około 0,368$ (skończony) $\to e^{-r/a}$ (pasuje do oryginalnego postulatu BeeTheory)
Laplacian $\nabla^2\psi$ $-3\,e^{-1}/a^2$ (skończony) $\to e^{-r/a}/a^2$ (asymptotycznie identyczne)
Darmowe parametry Jeden (sam $a$) Brak dodatkowej skali długości

1. Po co regularyzować?

BeeTheory, w swoim oryginalnym sformułowaniu (Dutertre 2023), postuluje, że każda cząstka elementarna jest opisana przez radialną wykładniczą funkcję falową:

Oryginalny postulat BeeTheory

$$\psi_0(r) = N_0 \cdot e^{-r/a}$$.

Ta forma jest elegancka i matematycznie przejrzysta, a także poprawnie oddaje zachowanie pola falowego na dużych odległościach. Jednakże, gdy jest wyrażona we współrzędnych sferycznych i działa na nią operator Laplaciana, który pojawia się w równaniu Schrödingera, w punkcie początkowym pojawia się artefakt:

Laplacjan w oryginalnej postaci

$$\nabla^2 \psi_0(r) = \psi_0(r) \cdot \left(\frac{1}{a^2} – \frac{2}{r\,a}\right)$$

Wyrażenie $-2/(r\,a)$ rośnie bez ograniczeń, gdy $r \to 0$. Jest to znana cecha punktowych idealizacji w fizyce – ten sam rodzaj osobliwości, który pojawia się w potencjale Coulomba i który jest rutynowo obsługiwany w fizyce jądrowej i atomowej za pomocą technik regularyzacji. Regularyzowana funkcja falowa BeeTheory opisana poniżej stosuje właśnie ten rodzaj ustalonej techniki.

2. Zasada regularyzacji

Zasada jest elegancko prosta: proszę zastąpić $r$ przez $\sqrt{r^2 + a^2}$ wewnątrz wykładnika. Podstawienie to jest klasyczną techniką regularyzacji stosowaną w całej fizyce teoretycznej – zwłaszcza w przypadku zmiękczonych potencjałów Yukawy w fizyce cząstek elementarnych i pseudopotencjałów w chemii kwantowej. Nie wprowadza ona żadnej nowej skali fizycznej: długość regularyzacji jest charakterystyczną długością cząstki $a$.

Podstawienie

$$r \longrightarrow \sqrt{r^2 + a^2}$$

Interpretacja fizyczna jest naturalna i zgodna z podstawowym poglądem BeeTheory na cząstki jako rozszerzone struktury falowe: cząstka, której charakterystyczny rozmiar wynosi $a$, nie może mieć cechy mniejszej niż sama $a$. Pole falowe w rdzeniu cząstki jest gładkie w skali jej własnej długości koherencji. Jest to wzmocnienie oryginalnego postulatu, a nie odejście od niego.

Zachowanie na obu granicach

W pobliżu początku ($r \ll a$): używając $\sqrt{r^2 + a^2} \approx a + r^2/(2a)$, otrzymujemy

$$\psi(r) \approx e^{-1} \cdot e^{-r^2/(2a^2)}$$

Funkcja falowa płynnie przechodzi w gaussowską w pobliżu środka, ze skończoną wartością $e^{-1}$ przy $r = 0$. Gęstość prawdopodobieństwa jest dobrze zdefiniowana w całym wnętrzu cząstki.

Daleko od początku ($r \gg a$): używając $\sqrt{r^2 + a^2} = r\sqrt{1 + (a/r)^2} \approx r + a^2/(2r)$, otrzymujemy

$$\psi(r) \approx e^{-r/a} \cdot e^{-a/(2r)} \;\longrightarrow\; e^{-r/a}$$.

Odzyskujemy dokładnie wykładniczy rozkład oryginalnego postulatu BeeTheory. Wszystkie przewidywania teorii BeeTheory w odległościach większych niż skala własna cząstki – w tym wszystkie atomowe, planetarne i astrofizyczne zastosowania teorii – zostały zachowane bez modyfikacji.

3. Weryfikacja numeryczna

Poniższa tabela porównuje oryginalną funkcję falową $\psi_0$ i unormowaną $\psi$, wraz z ich laplasjanami, w różnych odległościach wyrażonych w jednostkach $r/a$:

$r/a$ $\psi_0$ (oryginał) $\nabla^2\psi_0$. $\psi$ (znormalizowany) $\nabla^2\psi$
0.0010.999-19970.368-1.104
0.010.990-197.00.368-1.103
0.10.905-17.190.366-1.085
0.50.607-1.8200.327-0.753
1.00.368-0.3680.243-0.308
2.00.1350.0000.107-0.020
5.00.00670.0040.00610.003
10.04.5×10-⁵≈ 04.3×10-⁵≈ 0

Uregulowany Laplacian pozostaje wszędzie skończony, z wielkością rzędu $1/a^2$ w pobliżu początku i zbiega do oryginału powyżej $r \ około 5a$. Udoskonalenie jest ściśle lokalne: ograniczone do sąsiedztwa cząstki o rozmiarze $\sim a$ i całkowicie niewidoczne w każdej większej skali.

Funkcje falowe ψ(r) 0 1 2 3 4 0 0.25 0.5 0.75 1.0 r / a ψ oryginalny (osobliwy przy r = 0) ψ uregulowana (wszędzie skończona)
Obie funkcje falowe są numerycznie nierozróżnialne poza $r \ około 2a$. W pobliżu początku, uregulowana forma jest gładko ograniczona do $e^{-1} \ około 0.368$.

4. Analityczny Laplacian

Wyprowadzenie jest bezpośrednie. Ustawiając $s(r) = \sqrt{r^2 + a^2}$ i $\psi(r) = N^{-1}\,e^{-s/a}$, pochodne promieniowe wynoszą:

Pochodne s(r)

$$s'(r) = \frac{r}{s}, \qquad s”(r) = \frac{a^2}{s^3}$$.

Stosując regułę łańcuchową i Laplacian we współrzędnych sferycznych $\nabla^2 = \partial_r^2 + (2/r)\partial_r$ dla funkcji symetrycznej radialnie, otrzymujemy zwartą postać zamkniętą:

Laplacjan funkcji falowej teorii pszczół

$$\boxed{\;\nabla^2 \psi(r) = \psi(r) \cdot \left[\frac{r^2}{a^2 s^2} – \frac{3}{a\,s} + \frac{r^2}{a\,s^3}\right]\;}$.

Wyrażenie to jest skończone wszędzie, włączając w to $r = 0$. Ocena w dwóch granicach naturalnych:

Limit $s(r)$ $\nabla^2 \psi(r)$
$r \to 0$ $s \to a$ $\psi(0) \cdot (-3/a^2) = -3\,e^{-1}/a^2$.
$r \to \infty$ $s \to r$ $\psi(r) \cdot (1/a^2 – 3/(r\,a))$.

Przy dużych odległościach Laplacian odzyskuje postać oryginalnego wyrażenia BeeTheory $\psi \cdot (1/a^2 – 2/(r\,a))$ aż do poprawki $1/r$, która szybko zanika. Różnica jest zaniedbywalna powyżej $r$ większego niż $5a$ – daleko poza jakimkolwiek reżimem fizycznym istotnym dla zastosowań grawitacyjnych lub astrofizycznych.

Laplacian ∇²ψ(r) 0 1 2 3 4 -20 -15 -10 -5 0 3 r / a ∇²ψ oryginalny (obcięty poniżej -20) ∇²ψ uregulowany (skończony, ograniczony)
Oryginalny Laplacian (czerwony) spada w kierunku $-\infty$, gdy $r \to 0$. Uregulowany Laplacian (niebieski) jest delikatnie ograniczony do $-1.1/a^2$ – czystej, fizycznie znaczącej wartości.

5. Co to odblokowuje dla BeeTheory?

Teoria jest teraz dobrze zdefiniowana w każdej skali

Równanie Schrödingera BeeTheory, zastosowane do regularnego $\psi$, ma skończoną energię kinetyczną $-\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi$ w każdym punkcie przestrzeni. Oparty na falach mechanizm grawitacji jest teraz matematycznie rygorystyczny od wnętrza pojedynczej cząstki do największych skal galaktycznych. Jest to podstawa techniczna, która łączy atom i kosmos w jednej, spójnej strukturze.

Wszystkie przewidywania dalekiego zasięgu zostały zachowane

Asymptotyczne zachowanie $\psi$ jest identyczne z oryginalną funkcją falową BeeTheory. Wszystkie przewidywania w skalach długości większych niż promień atomu są zachowane bez modyfikacji – w tym prawo odwrotności kwadratu grawitacji wyprowadzone ze sferycznego Laplaciana, twierdzenie o powłoce pozwalające na traktowanie ciał makroskopowych jako cząstek punktowych oraz rozszerzenie na rozszerzone rozkłady materii w skalach galaktycznych. Udoskonalenie wzmacnia fundamenty bez naruszania zbudowanej na nich struktury.

Co dalej

Ponieważ funkcja falowa jest teraz rygorystycznie zdefiniowana wszędzie, centralne wyprowadzenie BeeTheory – zastosowanie równania Schrödingera do pary oddziałujących fal dających potencjał grawitacyjny $1/R$ – może zostać przeformułowane w pełnym rygorze matematycznym, z każdym krokiem jawnym i każdym współczynnikiem określonym z pierwszych zasad. Jest to temat kolejnej notatki technicznej z tej serii.

6. Podsumowanie w trzech wierszach

1. Funkcja falowa BeeTheory ma postać $\psi(r) = N^{-1}\,\exp\!\left(-\sqrt{r^2+a^2}/a\right)$.

2. Jego laplasjan jest wszędzie skończony i przyjmuje wartość $-3\,e^{-1}/a^2$ w punkcie początkowym.

3. Powyżej $r \ około 5a$, jest on numerycznie nieodróżnialny od oryginalnego $e^{-r/a}$.


Referencje. Dutertre, X. – Bee Theory™: Wave-Based Modeling of Gravity, v2, BeeTheory.com (2023). Oryginalny postulat. – Schwabl, F. – Quantum Mechanics, 4th ed., Springer (2007). Regularyzacja potencjałów osobliwych. – Hellmann, H. – A New Approximation Method in the Problem of Many Electrons, J. Chem. Phys. 3, 61 (1935). Historyczne pochodzenie uregulowanych pseudopotencjałów w mechanice kwantowej.

BeeTheory.com – Kwantowa grawitacja oparta na falach – Podstawy techniczne – © Technoplane S.A.S. 2026