Ученые утверждают, что нашли способ решить «самый старый вопрос астрофизики»

Спустя почти 350 лет физики пришли к статистическому решению проблемы трех тел Ньютона, то есть проблемы выяснения того, как три объекта или тела будут перемещаться в пространстве таким образом, чтобы это соответствовало законам гравитации.

Исследователи, стоящие за решением, описывают проблему трех тел как «возможно, самый старый открытый вопрос в астрофизике», и, хотя они еще не полностью опубликовали решение, они стали ближе, чем большинство, найдя статистическую формулу, которая соответствует этому в определенных сценариях.

В частности, они рассмотрели несколько веков предыдущих исследований, которые выдвигали следующую идею: в нестабильных, хаотических системах из трех тел одно из этих тел в конечном итоге удаляется, оставляя после себя стабильные бинарные отношения между оставшимися двумя.

Хотя исследователи отмечают, что они не нашли точного и полного решения проблемы трех тел, они разработали работающий статистический метод, который охватывает многие из этих событий из трех тел.

«Когда мы сравнили наши прогнозы с компьютерными моделями, мы обнаружили высокую степень точности», — говорит астрофизик Николас Стоун из Еврейского университета в Иерусалиме.

Три закона движения, изложенные Исааком Ньютоном в 1687 году, таковы: объекты остаются в состоянии инерции, если на них не действует сила, что соотношение между ускорением и приложенной силой равно силе, равной массе, умноженной на ускорение (F=ma), и что для каждого действия есть равное противодействие.

Но Ньютон столкнулся с трудностями, применяя свои правила к Земле, Луне и Солнцу — изначальным трем телам. На самом деле стало намного сложнее отследить три тела с этими математическими правилами.

В то время как ученые нашли решения для особых случаев, общая формула для проблемы трех тел оказалась неуловимой. Это все равно, что пытаться применить математический шаблон к эффекту бабочки — слишком хаотично для отслеживания.

В этом случае исследователи применили гипотезу вероятности, называемую эргодичностью, чтобы помочь им найти ответы на свои вопросы, которые используют принципы средних значений для определения того, что произойдет в конкретной системе. Важно отметить, что с течением времени эргодические процессы имеют мало отношения к своему первоначальному состоянию (так же, как система из трех тел).

«Возьмите три черные дыры, которые вращаются вокруг друг друга», — говорит Стоун. «Их орбиты обязательно станут нестабильными, и даже после того, как одна из них будет выброшена / поглощена, нам интересны связи между оставшимися черными дырами».

Исследование было опубликовано в журнале Nature.