我們剛剛為臭名昭著的三體問(wèn)題提供了12,000個(gè)新解決方案

1687年，艾薩克·牛頓制定了他的運(yùn)動(dòng)定律和宇宙引力，使遙遠(yuǎn)的恒星、衛(wèi)星和行星的運(yùn)動(dòng)成為焦點(diǎn)。

隨著羽毛筆的敲擊，牛頓的開(kāi)創(chuàng)性工作也引發(fā)了長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)的數(shù)學(xué)解決方案的探索，以控制混亂的三重系統(tǒng)，如太陽(yáng)、月亮和地球，研究人員至今仍在撓頭。

保加利亞索非亞大學(xué)的伊萬(wàn)·赫里斯托夫（Ivan Hristov）及其同事是一長(zhǎng)串天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家的最新研究者，自牛頓時(shí)代以來(lái)，他們一直在試圖尋找解決方案來(lái)解釋三個(gè)天體如何保持穩(wěn)定的舞蹈，在相互的引力下相互拋擲而不會(huì)碰撞或進(jìn)入太空。

窘境被稱為三體問(wèn)題，它延伸到任何三個(gè)引力纏繞的物體。一種解決方案將允許天文學(xué)家根據(jù)這些物體的初始位置和速度繪制預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)。

這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是將第三個(gè)物體扔進(jìn)雙體系統(tǒng)使得預(yù)測(cè)這些運(yùn)動(dòng)變得更加困難。超級(jí)計(jì)算機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)肯定有幫助。

現(xiàn)在，Hristov及其同事已經(jīng)報(bào)告了在牛頓定律范圍內(nèi)工作的三體系統(tǒng)的高達(dá)12,409種軌道模式，并且具有三個(gè)相等的質(zhì)量。這是一個(gè)令人眼花繚亂的解決方案，尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)審，但仍然應(yīng)該引起一些健康的討論。

對(duì)于三體問(wèn)題，從來(lái)沒(méi)有找到過(guò)一個(gè)總體的、普遍的解決辦法;大多數(shù)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)測(cè)的混沌運(yùn)動(dòng)。

但是，就像這項(xiàng)最新研究一樣，當(dāng)系統(tǒng)在某些條件下運(yùn)行時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多針對(duì)特殊情況的解決方案。然而，有些比其他的更與實(shí)用天文學(xué)相關(guān)。

這批最新一批解決方案適用于三個(gè)物體在“落入”彼此重力的魔掌之前首先是靜止的系統(tǒng)。因此，盡管這些解決方案可能會(huì)滿足好奇的數(shù)學(xué)家，但它們可能很少有實(shí)際應(yīng)用。

“大多數(shù)（如果不是全部）都需要如此精確的初始條件，以至于它們可能永遠(yuǎn)不會(huì)在自然界中實(shí)現(xiàn)，”路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家Juhan Frank告訴記者馬修·斯帕克斯新科學(xué)家。

盡管如此，Hristov及其同事還是使用超級(jí)計(jì)算機(jī)在早期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了構(gòu)建，2019年出版，特別是發(fā)現(xiàn)了300多個(gè)自由落體三體問(wèn)題的周期軌道新族。

根據(jù)赫里斯托夫及其同事的說(shuō)法，“這項(xiàng)工作還有很多不足之處”，因此他們?cè)噲D解決數(shù)學(xué)分歧，即自由落體系統(tǒng)中的物體不會(huì)落入封閉的循環(huán)軌道，而是在開(kāi)放式軌道上擺動(dòng)。然而，Hristov及其同事的工作有所不同，因?yàn)樗紤]了三個(gè)質(zhì)量相等而不是隨機(jī)的物體。

自由落體軌道“可能被證明具有天文學(xué)意義，”Hristov及其同事寫.盡管這取決于當(dāng)考慮到遙遠(yuǎn)天體或太陽(yáng)風(fēng)的影響時(shí)，新解決方案的穩(wěn)定性。

三體系統(tǒng)具有崩潰傾向弗蘭克說(shuō)，兩個(gè)物體在一個(gè)二進(jìn)制系統(tǒng)中聯(lián)合起來(lái)，并彈出第三個(gè)質(zhì)量。

目前，至少赫里斯托夫只是陶醉在預(yù)測(cè)軌道的美麗中?！胺€(wěn)定或不穩(wěn)定 - 它們具有很大的理論意義，”他告訴火花?！八鼈兙哂蟹浅Ｃ利惖目臻g和時(shí)間結(jié)構(gòu)。

該研究已經(jīng)發(fā)布到 arXiv（阿西夫）前面同行審查.

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