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困扰牛顿百年的“三体运动系统”或有解了

2019-12-20 09:17:23 来源 : 科技日报

刘慈欣科幻小说《三体》让许多人知道了“三体运动”这个世纪难题。300多年前,艾萨克·牛顿爵士提出了著名的“三体问题”,迄今,这一直是科学界悬而未决的难题之一。一个国际科研团队在最新一期《自然》杂志撰文称,他们朝解决这一难题迈出了关键一步:不稳定的三体系统最终会踢出一个,剩下两个会形成稳定二元关系,可利用传统方法预测其运动。

300多年前,牛顿提出了著名的运动定律,为我们理解太阳系,乃至一切物体质量与施加于其上的力之间的关系奠定了基础。在用这些定律描述行星绕太阳如何运动后,牛顿开始思索:如果有第三个天体(如月球)闯入其间会发生什么呢?实际上,三体方程极难求解。

当两个(或三个大小和距离差别很大的物体)绕一个中心点旋转时,用牛顿运动定律很容易计算出它们的运动轨道。但如果这三个物体的大小和与中心点的距离均相当,则“权力的争夺战”开始,整个系统陷入混沌。一旦混沌发生,就不可能用常规数学方法研究物体的运动,困扰科学家数百年的“三体问题”由此浮出水面。

现在,以色列希伯来大学天体物理学家尼古拉斯·斯通博士领导的国际团队称,他们在解决这一难题方面迈出了一大步。

斯通团队的研究基于过去几百年的天文发现。这些发现指出,不稳定的三体系统最终会摒弃其一,剩余两者会形成稳定的二元关系,这一稳定关系正是他们此次的研究重点。

斯通团队没有将系统的混沌行为视为障碍,相反,他们使用传统数学方法预测行星的运动。斯通说:“我们将预测结果与计算机生成的实际运动模型进行比较,发现预测值非常准确。”

斯通强调,这一发现并非三体问题的严格解,但统计解依然非常有用。他解释说:“以三个彼此绕行的黑洞为例,三个黑洞在一起,其轨道必然变得不稳定。但即便其中一个黑洞被踢出去,我们仍对剩下两个黑洞间的关系非常感兴趣。”

研究人员称,这种预测新轨道的能力对我们理解这些天体,以及任何三体问题中“幸存者”在新稳定状态下的行为至关重要。(记者刘霞)

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