科普園地|復(fù)雜的三體問題存在上萬個解決方案？

2023-09-12 09:59:55來源：科技日報

(資料圖片)

科技日報記者?劉霞

據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站9日報道，300多年來，三個物體如何在穩(wěn)定軌道上彼此環(huán)繞的問題一直困擾著數(shù)學(xué)家，在最新研究中，保加利亞數(shù)學(xué)家為這一復(fù)雜的三體問題找到了12000多個解決方案。相關(guān)論文已提交論文預(yù)印本網(wǎng)站。

三個物體的運(yùn)動比人們想象的要復(fù)雜。圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

雖然從數(shù)學(xué)上描述兩個彼此環(huán)繞物體的運(yùn)動，以及每個物體的引力如何影響另一個物體相對簡單，但一旦加入第三個物體，這個問題就會復(fù)雜很多。與此同時，天文學(xué)家也對三體問題的解決方案很感興趣，因為這些方案可以描述任何三個天體——無論是恒星、行星還是衛(wèi)星。

三體問題最簡單的一個例子就是太陽系中太陽、地球和月球的運(yùn)動。在浩瀚的宇宙中，星球的大小可以忽略不計，把它們看成質(zhì)點。如果不計太陽系其他星球的影響，那么它們的運(yùn)動就只是在引力的作用下產(chǎn)生，可以把它們的運(yùn)動看成一個三體問題。

三體問題一個新解決方案圖片來源：赫里斯托夫等人

2017年，研究人員為“三體問題”找到了1223個新解決方案。現(xiàn)在，索菲亞大學(xué)的伊萬·赫里斯托夫及其同事使用超級計算機(jī)運(yùn)行了此前所用算法的優(yōu)化版本，發(fā)現(xiàn)了12392個新的解決方案。如果用更強(qiáng)大的硬件重復(fù)，團(tuán)隊可以再找到“五倍多的解決方案”。

團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，所有這些新解決方案的模式大同小異：三個靜止的物體在重力作用下自由落體，然后，這些物體自身擁有的動量讓它們彼此“擦肩而過”，接著減速、停止，再次被吸引到一起。假設(shè)沒有摩擦，這種模式會無限重復(fù)。

考慮到可能會有其他物體加入，以及“噪聲”的影響，這些方案的穩(wěn)定性還有待觀察。美國路易斯安那州立大學(xué)的胡安·弗蘭克指出，這么多方案對數(shù)學(xué)家來說很有意思，但大多數(shù)解決方案都需要如此精確的初始條件，在自然界中可能無法實現(xiàn)。

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