Ученые нашли статистическое решение задачи трех тел

задача трех тел
В отличие от задачи двух тел, задача трех тел не имеет решения в виде конечных выражений

По прошествии 350 лет физики вроде бы наконец-то нашли статистическое решение ньютоновской задачи трех тел  (одна из задач небесной механики, состоящая в определении относительного движения трёх тел, взаимодействующих по закону тяготения Ньютона).

Авторы, занимавшиеся этим исследованием, называют ее «вероятно старейшим открытым вопросом в астрофизике». Пусть им в итоге и не удалось найти полноценное решение, они ближе всех подобрались к разгадке  — нашли статистическую формулу, которая дает верный ответ в определенных сценариях.

Проведенные за несколько веков исследования привели нас к следующей идее: в нестабильных, хаотичных системах трех тел одно из тел в итоге вылетает из системы, оставляя стабильную бинарную пару.

Авторы статьи не нашли точное и полноценное решение проблемы трех тел, но разработали статистический метод, который дает решения для большинства этих переходов из системы трех в систему двух. Этот метод может очень помочь физикам в визуализации этого сложного процесса.

Конечно, ученые сравнили предсказания метода с реальными наблюдениями. По словам астрофизика Николаса Стоуна из Еврейского университета в Иерусалиме, предсказания оказались очень точными.

Законы Ньютона

В сокращенном варианте законы, предложенные Исааком Ньютоном в 1687 году звучат так: (1) объект двигается по инерции, если на него не действуют никакие силы, (2) сила равна массе, помноженной на ускорение, и (3) на любое действие найдется противодействие.

Все бы хорошо, но даже у Ньютона возникли сложности, когда он попытался применить эти законы к нашей системе  —  Земле, Луне и Солнцу, оригинальным трем телам. В итоге, ученые нашли решения для некоторых случаев, но в общем-то задача так и не получила решения. Это можно сравнить с попыткой математически объяснить эффект бабочки  —  слишком уж хаотична ситуация, чтобы ее можно было описать.

Эргодичность

На этот раз ученые применили к задаче гипотезу эргодичности. Эргодичность  —  специальное свойство некоторых динамических систем, состоящее в том, что в процессе эволюции почти каждое состояние с определённой вероятностью проходит вблизи любого другого состояния системы.

Главное, что, как и в задаче трех тел, в долгосрочной перспективе эргодичные процессы почти не зависят от первоначального состояния системы.

Такой метод решения задачи трех позволяет ученым понять, как два “выживших” тела будут вести себя в различных стабильных сценариях. Для астрофизики такой ответ имеет огромную ценность.

Представьте три черные дыры в единой системе,  — говорит Стоун. - Их орбиты неизбежно станут нестабильны, и даже после «выброса» одной из них, нам интересно знать, какими будут отношения между выжившими черными дырами.

Научная статья была опубликована в Nature.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*