科普园地|复杂的三体问题存在上万个解决方案？
2023-09-12 09:59:55来源：科技日报
(资料图片)
科技日报记者 刘霞
据英国《新科学家》网站9日报道，300多年来，三个物体如何在稳定轨道上彼此环绕的问题一直困扰着数学家，在最新研究中，保加利亚数学家为这一复杂的三体问题找到了12000多个解决方案。相关论文已提交论文预印本网站。
三个物体的运动比人们想象的要复杂。图片来源：《新科学家》网站
虽然从数学上描述两个彼此环绕物体的运动，以及每个物体的引力如何影响另一个物体相对简单，但一旦加入第三个物体，这个问题就会复杂很多。与此同时，天文学家也对三体问题的解决方案很感兴趣，因为这些方案可以描述任何三个天体——无论是恒星、行星还是卫星。
三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中，星球的大小可以忽略不计，把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响，那么它们的运动就只是在引力的作用下产生，可以把它们的运动看成一个三体问题。
三体问题一个新解决方案图片来源：赫里斯托夫等人
2017年，研究人员为“三体问题”找到了1223个新解决方案。现在，索菲亚大学的伊万·赫里斯托夫及其同事使用超级计算机运行了此前所用算法的优化版本，发现了12392个新的解决方案。如果用更强大的硬件重复，团队可以再找到“五倍多的解决方案”。
团队发现，所有这些新解决方案的模式大同小异：三个静止的物体在重力作用下自由落体，然后，这些物体自身拥有的动量让它们彼此“擦肩而过”，接着减速、停止，再次被吸引到一起。假设没有摩擦，这种模式会无限重复。
考虑到可能会有其他物体加入，以及“噪声”的影响，这些方案的稳定性还有待观察。美国路易斯安那州立大学的胡安·弗兰克指出，这么多方案对数学家来说很有意思，但大多数解决方案都需要如此精确的初始条件，在自然界中可能无法实现。
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