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300多年前难倒牛顿的“三体问题”或有解了

时间:2020-02-13

图片来源:futurism.com

科技日报记者?刘霞

刘慈欣的科幻小说《三体》让许多人意识到本世纪的“三体”难题。300多年前,艾萨克牛顿爵士提出了着名的“三体问题”,这一直是科学界的突出问题之一。一个国际科研团队在最新一期的《自然》杂志上写道,他们已经朝着解决这个难题迈出了关键的一步:不稳定的三体系统最终会推出一个,剩下的两个将形成稳定的二元关系,这可以用传统方法来预测。

300多年前,牛顿提出了着名的运动定律,这为我们理解太阳系的质量甚至所有物体与施加在它们身上的力之间的关系奠定了基础。在用这些定律来描述行星是如何围绕太阳运动的之后,牛顿开始思考:如果第三个天体(如月球)侵入其中会发生什么?事实上,三体方程极难求解。

当两个(或三个大小和距离非常不同的物体)围绕一个中心点旋转时,牛顿运动定律可以很容易地用来计算它们的轨道。然而,如果三个物体的大小和离中心点的距离相等,那么“权力斗争”将开始,整个系统将陷入混乱。一旦出现混沌,就不可能用传统的数学方法来研究物体的运动,因此困扰科学家数百年的“三体问题”就浮出了水面。

现在,一个由以色列希伯来大学天体物理学家尼古拉斯司博士领导的国际小组表示,他们已经朝着解决这个难题迈出了一大步。

司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抛弃一个,剩下的两个将形成稳定的二元关系,这是他们这次研究的重点。

司的团队并不认为系统的混乱行为是一个障碍。相反,他们使用传统的数学方法来预测行星的运动。司说:“我们将预测结果与计算机生成的实际运动模型进行了比较,发现预测值非常准确。”

司强调这一发现并不是三体问题的严格解决方案,但统计解决方案仍然非常有用。他解释道:“以三个相互环绕的黑洞为例。如果这三个黑洞在一起,它们的轨道将不可避免地变得不稳定。但即使其中一个黑洞被踢出去,我们仍然对其余两个黑洞之间的关系非常感兴趣。”

研究人员说,这种预测新轨道的能力对于我们理解这些天体以及新稳定状态下任何三体“幸存者”的行为至关重要。

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