Мы только что получили 12 000 новых решений печально известной задачи трех тел

В 1687 году Исаак Ньютон сформулировал свои законы движения и всемирного тяготения, сосредоточив внимание на движении далеких звезд, лун и планет.

Ударом его пера также началась новаторская работа Ньютона. многовековой поиск математических решений, позволяющих обуздать хаотические тройные системы, такие как Солнце, Луна и Земля, над которыми исследователи ломают голову по сей день.

Иван Христов из Софийского университета в Болгария и ее коллеги являются последними исследователями в длинном ряду астрономов и математиков, которые со времен Ньютона пытались найти решения, объясняющие, как три небесных тела остаются запертыми в стабильном танце, подбрасывая друг друга под действием взаимных сил взаимодействия. гравитация, не сталкиваясь и не улетая в космос.

Затруднительное положение называется проблемой трех тел, и оно распространяется на любое трио гравитационно переплетенных объектов. Решение позволило бы астрономам построить график предсказанных движений этих объектов с учетом их начальных положений и скоростей.

Это звучит просто, но добавление третьего объекта в систему двух тел значительно усложняет прогнозирование этих движений. . Суперкомпьютеры и нейронные сети, безусловно, помогли.

Теперь Христов и его коллеги сообщили о колоссальных 12 409 орбитальных моделях систем трех тел, которые работают в рамках законов Ньютона и имеют три равные массы. Это ошеломляющее количество решений, которые еще не прошли рецензирование, но, тем не менее, должны вызвать здоровую дискуссию.

Никакого комплексного, универсального решения проблемы трех тел так и не было найдено; большинство систем порождают хаотическое движение, которое трудно предсказать.

Но, как и в этом последнем исследовании, было обнаружено множество решений для особых случаев, когда система работает при определенных условиях. Однако некоторые из них более актуальны для практической астрономии, чем другие.

Эта последняя партия решений предназначена для систем, в которых три тела изначально неподвижны, прежде чем «попадут» в лапы гравитации друг друга. Таким образом, хотя решения могут удовлетворить любопытных математиков, они, вероятно, имеют мало реальных применений.

«Большинство, если не все, требуют таких точных начальных условий, что они, вероятно, никогда не реализуются в природе», — Университет штата Луизиана. физик Юхан Франк рассказал журналисту Мэтью Спарксу для New Scientist.

Тем не менее, Христов и его коллеги использовали суперкомпьютер, чтобы развить более раннюю работу, опубликованную в 2019 году, в которой было обнаружено более 300 новых семей. в частности, периодических орбит задачи трех тел о свободном падении.

По словам Христова и его коллег, «эта работа оставляла желать лучшего», и поэтому они стремились разрешить математические разногласия, а именно, что объекты в системах свободного падения не падают на замкнутые, петлевые орбиты, а перемещаются по открытым траекториям. Однако работа Христова и его коллег отличается тем, что она рассматривает три объекта одинаковой, а не случайной массы.

Орбиты свободного падения «еще могут оказаться астрономическими», пишут Христов и его коллеги. Хотя это зависит от того, насколько стабильны новые решения с учетом влияния далеких тел или солнечного ветра.

Системы трех тел имеют тенденцию к коллапсу, говорит Фрэнк, когда два объекта объединяются в бинарную систему. систему и выброс третьей массы.

По крайней мере, на данный момент Христов просто упивается красотой предсказанных орбит. «Стабильные или нестабильные – они представляют большой теоретический интерес», – сказал он Спарксу. «У них очень красивая пространственная и временная структура».

Исследование было опубликовано на arXiv перед экспертной оценкой.