Математики нашли 12 000 решений космологической проблемы трех тел

Математики уже более 300 лет пытаются разобраться с почти непреодолимой проблемой о том, как три объекта могут сформировать стабильную орбиту друг вокруг друга. Математически описать движение двух тел – достаточно просто, но появление третьего сразу все портит. Вместе с тем сейчас исследователи обнаружили сразу 12 тысяч орбитальных расположений, соответствующих законам движения Исаака Ньютона.

Об этом говорится в исследовании, опубликованном на сайте препринтов arXiv. Результаты работы ученых еще должны получить оценку научного сообщества.

Как отмечает New Scientist, описать движение двух орбитальных тел и то, как гравитация каждого из них влияет на другое, относительно просто. Именно появление третьего создает серьезные проблемы для расчетов.

В 2017 году ученые заявили, что нашли 1223 новых решения, удвоив количество известных в то время решений. Но теперь Иван Христов из Софийского университета в Болгарии и его коллеги заявляют, что обнаружили еще более 12 000 работающих орбит.

Несмотря на то, что задача трех тел математическая, она представляет большой интерес для астрономов, поскольку может описать, как любые три небесных объекта – звезды, планеты или луны – могут поддерживать стабильную орбиту.

Решить загадку команде ученых помог суперкомпьютер, на который была установлена оптимизированная версия алгоритма, использованного в работе 2017 года. Обновленный алгоритм смог найти 12 392 новых решений.

При этом Христов считает, что если бы алгоритм работал на более мощном компьютере, то результатов было бы "в пять раз больше".

Все найденные решения начинаются с того, что три тела находятся в неподвижном состоянии, а затем сила тяготения тянет их друг к другу и они переходят в свободное падение.

При этом импульс не позволяет им столкнуться и проносит мимо друг друга. Впоследствии все три объекта замедляются и снова возвращаются в состояние покоя, пока сила притяжения снова не отправит их в свободное падение.

Ученые утверждают, что при отсутствии трения такой сценарий будет повторяться бесконечно.

Вместе с тем, они признают, что еще нужно выяснить, насколько стабильны новые решения, если будут учтены крошечные влияния дополнительных, удаленных тел и других реальных препятствий.

"Их физическая и астрономическая значимость будет лучше известна после изучения стабильности – это очень важно. Но, тем не менее, стабильны или нестабильны, они представляют большой теоретический интерес. Они имеют очень красивую пространственно-временную структуру", – заявил Христов.

В свою очередь Юхан Франк из Университета штата Луизиана (США) отметил, что все эти решения очень интересны для математиков, но в реальности их применение будет очень ограниченным.

"Большинство, если не все (решения. – Ред.), требуют столь точных начальных условий, что они, вероятно, никогда не будут реализованы в природе", – пояснил Франк.

По его словам, в природе сложное орбитальное взаимодействие трех тел в конечном итоге приводит к образованию бинарной системы и выбрасыванию третьего тела (обычно менее массивного) за ее пределы.

Ранее OBOZREVATEL рассказывал о том, что математик 19 века нашел планету Вулкан в окрестностях Солнца.

Подписывайтесь на каналы OBOZREVATEL в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.