300多年前難倒牛頓的“三體問題”或有解了

2019-12-19 14:22:41 來源: 科技日報 作者: 劉霞


圖片來源:futurism.com

科技日報記者 劉霞

劉慈欣科幻小說《三體》讓許多人知道了“三體運動”這個世紀難題。300多年前,艾薩克·牛頓爵士提出了著名的“三體問題”,迄今,這一直是科學界懸而未決的難題之一。一個國際科研團隊在最新一期《自然》雜志撰文稱,他們朝解決這一難題邁出了關鍵一步:不穩定的三體系統最終會踢出一個,剩下兩個會形成穩定二元關系,可利用傳統方法預測其運動。

300多年前,牛頓提出了著名的運動定律,為我們理解太陽系,乃至一切物體質量與施加于其上的力之間的關系奠定了基礎。在用這些定律描述行星繞太陽如何運動后,牛頓開始思索:如果有第三個天體(如月球)闖入其間會發生什么呢?實際上,三體方程極難求解。

當兩個(或三個大小和距離差別很大的物體)繞一個中心點旋轉時,用牛頓運動定律很容易計算出它們的運動軌道。但如果這三個物體的大小和與中心點的距離均相當,則“權力的爭奪戰”開始,整個系統陷入混沌。一旦混沌發生,就不可能用常規數學方法研究物體的運動,困擾科學家數百年的“三體問題”由此浮出水面。

現在,以色列希伯來大學天體物理學家尼古拉斯·斯通博士領導的國際團隊稱,他們在解決這一難題方面邁出了一大步。

斯通團隊的研究基于過去幾百年的天文發現。這些發現指出,不穩定的三體系統最終會摒棄其一,剩余兩者會形成穩定的二元關系,這一穩定關系正是他們此次的研究重點。

斯通團隊沒有將系統的混沌行為視為障礙,相反,他們使用傳統數學方法預測行星的運動。斯通說:“我們將預測結果與計算機生成的實際運動模型進行比較,發現預測值非常準確。”

斯通強調,這一發現并非三體問題的嚴格解,但統計解依然非常有用。他解釋說:“以三個彼此繞行的黑洞為例,三個黑洞在一起,其軌道必然變得不穩定。但即便其中一個黑洞被踢出去,我們仍對剩下兩個黑洞間的關系非常感興趣。”

研究人員稱,這種預測新軌道的能力對我們理解這些天體,以及任何三體問題中“幸存者”在新穩定狀態下的行為至關重要。

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責任編輯: 常麗君
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