Ученые нашли способ решить задачу трех тел

По прошествии 350 лет физики вроде бы наконец-то нашли статистическое решение ньютоновской задачи трех тел — задачи о том, как три одинаковых объекта могут двигаться в космосе с выполнением всех законов движения и гравитации.

Авторы, занимавшиеся этим исследованием, называют эту задачу “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.

Ученые нашли способ решить задачу трех тел

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.

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.

На этот раз ученые применили к задаче гипотезу эргодичности. (wiki) 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. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1833-8
Источник:
Science Alert.

Поделись!