科普?qǐng)@地|復(fù)雜的三體問(wèn)題存在上萬(wàn)個(gè)解決方案？

2023-09-12 09:59:55來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

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科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞

據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站9日?qǐng)?bào)道，300多年來(lái)，三個(gè)物體如何在穩(wěn)定軌道上彼此環(huán)繞的問(wèn)題一直困擾著數(shù)學(xué)家，在最新研究中，保加利亞數(shù)學(xué)家為這一復(fù)雜的三體問(wèn)題找到了12000多個(gè)解決方案。相關(guān)論文已提交論文預(yù)印本網(wǎng)站。

三個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)比人們想象的要復(fù)雜。圖片來(lái)源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

雖然從數(shù)學(xué)上描述兩個(gè)彼此環(huán)繞物體的運(yùn)動(dòng)，以及每個(gè)物體的引力如何影響另一個(gè)物體相對(duì)簡(jiǎn)單，但一旦加入第三個(gè)物體，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)復(fù)雜很多。與此同時(shí)，天文學(xué)家也對(duì)三體問(wèn)題的解決方案很感興趣，因?yàn)檫@些方案可以描述任何三個(gè)天體——無(wú)論是恒星、行星還是衛(wèi)星。

三體問(wèn)題最簡(jiǎn)單的一個(gè)例子就是太陽(yáng)系中太陽(yáng)、地球和月球的運(yùn)動(dòng)。在浩瀚的宇宙中，星球的大小可以忽略不計(jì)，把它們看成質(zhì)點(diǎn)。如果不計(jì)太陽(yáng)系其他星球的影響，那么它們的運(yùn)動(dòng)就只是在引力的作用下產(chǎn)生，可以把它們的運(yùn)動(dòng)看成一個(gè)三體問(wèn)題。

三體問(wèn)題一個(gè)新解決方案圖片來(lái)源：赫里斯托夫等人

2017年，研究人員為“三體問(wèn)題”找到了1223個(gè)新解決方案。現(xiàn)在，索菲亞大學(xué)的伊萬(wàn)·赫里斯托夫及其同事使用超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行了此前所用算法的優(yōu)化版本，發(fā)現(xiàn)了12392個(gè)新的解決方案。如果用更強(qiáng)大的硬件重復(fù)，團(tuán)隊(duì)可以再找到“五倍多的解決方案”。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，所有這些新解決方案的模式大同小異：三個(gè)靜止的物體在重力作用下自由落體，然后，這些物體自身?yè)碛械膭?dòng)量讓它們彼此“擦肩而過(guò)”，接著減速、停止，再次被吸引到一起。假設(shè)沒(méi)有摩擦，這種模式會(huì)無(wú)限重復(fù)。

考慮到可能會(huì)有其他物體加入，以及“噪聲”的影響，這些方案的穩(wěn)定性還有待觀察。美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)的胡安·弗蘭克指出，這么多方案對(duì)數(shù)學(xué)家來(lái)說(shuō)很有意思，但大多數(shù)解決方案都需要如此精確的初始條件，在自然界中可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

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