Wir haben gerade 12.000 neue Lösungen für das berüchtigte Drei-Körper-Problem erhalten

Im Jahr 1687 formulierte Isaac Newton seine Gesetze der universellen Bewegung und Gravitation und beleuchtete damit die Bewegung von Sternen, Monden und fernen Planeten.

Mit einem Federstrich löste Newtons bahnbrechende Arbeit auch eine jahrhundertelange Suche nach mathematischen Lösungen aus, um chaotische triadische Systeme wie Sonne, Mond und Erde einzudämmen, über die Forscher bis heute rätseln.

Ivan Hristov von der Universität Sofia in Bulgarien und seine Kollegen sind die jüngsten in einer langen Reihe von Astronomen und Mathematikern, die seit Newtons Tagen nach Lösungen suchen, um zu erklären, wie drei Himmelskörper in einem stabilen Tanz verharren und sich gegenseitig nach unten werfen gegenseitige Gravitationskräfte, ohne zu kollidieren oder in den Weltraum zu fliegen. .

Das Dilemma heißt Drei-Körper-ProblemEs erstreckt sich auf jedes Trio gravitativ verschränkter Körper. Die Lösung wird es Astronomen ermöglichen, die erwarteten Bewegungen dieser Objekte anhand ihrer Anfangspositionen und Geschwindigkeiten aufzuzeichnen.

Es mag einfach erscheinen, aber die Einbeziehung eines dritten Körpers in ein Zweikörpersystem macht die Vorhersage dieser Bewegungen viel schwieriger. Supercomputer Neuronale Netze haben sicherlich geholfen.

Jetzt haben Hristov und seine Kollegen 12.409 Orbitalmuster für Dreikörpersysteme gemeldet, die innerhalb der Grenzen der Newtonschen Gesetze operieren und drei gleiche Massen haben. Es handelt sich um eine überraschend große Anzahl von Lösungen, die noch nicht von Experten begutachtet wurden, die aber dennoch eine gesunde Debatte auslösen sollten.

Für das Dreikörperproblem wurde keine umfassende und umfassende Lösung gefunden; Die meisten Systeme führen zu chaotischen Bewegungen, die schwer vorherzusagen sind.

Aber wie in dieser neuesten Studie wurde eine Reihe von Lösungen für Sonderfälle entdeckt, wenn das System unter bestimmten Bedingungen funktioniert. Einige sind jedoch für die praktische Astronomie relevanter als andere.

Diese neueste Reihe von Lösungen ist für Systeme gedacht, in denen die drei Objekte zunächst stationär sind, bevor sie in die Gravitationskräfte des anderen „fallen“. Auch wenn die Lösungen neugierige Mathematiker zufrieden stellen, haben sie wahrscheinlich nur wenige praktische Anwendungen.

„Die meisten, wenn nicht alle, erfordern so präzise Anfangsbedingungen, dass sie in der Natur wahrscheinlich nie erreicht werden“, sagte der Physiker Johann Frank von der Louisiana State University. Erzählen Journalist Matthew Sparks neue Welt.

Hristov und seine Kollegen nutzten jedoch einen Supercomputer, um auf früheren Arbeiten aufzubauen. Es wurde 2019 veröffentlichtdas speziell für das frei fallende Dreikörperproblem mehr als 300 neue Familien periodischer Umlaufbahnen fand.

Laut Kristof und Kollegen„Diese Arbeit ließ viel zu wünschen übrig“ Sie versuchten also, den mathematischen Streitpunkt zu lösen, nämlich dass Objekte in Freifallsystemen nicht in geschlossene, gekrümmte Umlaufbahnen fallen, sondern auf offenen Bahnen oszillieren. Die Arbeit von Hristov und Kollegen ist jedoch anders, da sie drei Objekte gleicher Masse und nicht zufällige Objekte berücksichtigt.

Umlaufbahnen im freien Fall „könnten von astronomischem Interesse sein“, sagen Hristov und seine Kollegen schreiben. Allerdings kommt es darauf an, wie stabil die neuen Lösungen sind, wenn man den Einfluss entfernter Objekte oder des Sonnenwinds berücksichtigt.

Dreikörpersysteme neigen dazu, zusammenzubrechen, sagt Frank, wenn sich zwei Objekte zu einem binären System verbinden und eine dritte Masse ausspucken.

Zumindest im Moment ist Hristov fair Feier In der Schönheit erwarteter Umlaufbahnen. „Stabil oder instabil – es ist von großem theoretischen Interesse.“ Erzählen Funken. „Sie haben eine sehr schöne räumliche und zeitliche Struktur.“

Es war das Arbeitszimmer Veröffentlicht auf arXiv Vor dem Peer-Review.