11 юли 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Учените се приближават до решаването на задачата за трите тела на Нютон

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 02 януари 2020 в 09:00 68990
Кредит: T. Pyle / NASA / JPL-Caltech

Американските астрофизици Никълс Стоун и Нейтън Лий създадоха математически модел, който може да предскаже движението на три обекта един спрямо друг в нестабилна система. Така учените се приближиха до точното решение на проблема с три тела, формулиран през XVII век.

Статията, описваща тяхната работа, е публикувана в списание Nature.

Изминаха почти 350 години, откакто сър Исак Нютон формулира законите за движението, твърдейки, че „Всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие“. Тези закони поставят основата да разбирем нашата Слънчева система и в по-широка перспектива - да разберем връзката между масата на тялото и силите, които действат върху него. Но новаторската работа на Нютон също така създаде проблем, който притеснява учените от векове: задачата за трите тела.

След като използва законите за движението, за да опише как планетата Земя обикаля около Слънцето, Нютон предположи, че тези закони ще ни помогнат да изчислим какво ще се случи, ако към тях се добави трето небесно тяло, например Луната. Всъщност обаче уравненията за три тела станаха много по-трудни за решаване.

Когато две (или повече тела с различни размери и разстояния) обикалят около една централна точка, е лесно да се изчислят техните движения с уравненията на Нютон. Ако обаче и трите обекта са със сходни размери и разстояние от централната точка, се развива борба за надмощие и цялата система потъва в хаос. Когато това се случи, става невъзможно да се проследяват движенията на телата помощта на обикновената математика.

Проблемът с трите тела обаче няма аналитични решения.

Задачата с трите тела е изключително трудна, тъй като е хаотична система, което на математически език означава, че силно се повлиява от началните условия или откъде започват трите обекта. Може би сте чували за ефекта на пеперудата - идеята, че малките отклонения в първоначалните условия на системата могат да имат дълбоки и широко различаващи се ефекти върху резултатите от развитието на системата. Проблемът с трите тела по същество е повлиян от ефекта на пеперудата, противопоставяйки се на механична интерпретация на Нютон на „Вселената като часовников механизъм“.

Оказва се, че общо решение на проблема по същество е невъзможно поради хаотичната динамика, която Анри Поанкаре открива през 1890г.

"Има решения за специални случаи, но няма проста формула, която да ви даде общо решение", пише Ричард Монтгомъри, изтъкнат професор по математика от Калифорнийския университет Санта Крус, в статия за Scientific American .


Динамична визуализация на система с три тела. Кредит: Wikipedia

Но всичко не е толкова безнадеждно: днес има 255 конкретни решения на проблема за определени скорости и координати на телата, 234 от тях са получени с помощта на суперкомпютър през 2018 година.

Сега международен екип, воден от астрофизика д-р Николас Стоун (Nicholas Stone) от Института по физика към Еврейския университет в Йерусалим и професор Нейтън Лей (Nathan Leigh) от чилийския La Universidad de Concepción, се опитват да решат проблема с трите тела от различен ъгъл. правят голяма крачка напред в решаването на тази главоблъсканица

В центъра на изследването им е предположението, че нестабилните системи от три тела в крайна сметка ще изтласкат едно от тройката и ще образуват между двата останали обекта в системата силна гравитационна връзка.

Вместо да приемат хаотичното поведение на системите като пречка, изследователите използват традиционната математика, за да предскажат движението на планетите. „Когато сравнихме прогнозите си с генерираните от компютър модели на действителните им движения, открихме висока степен на точност“, споделя Стоун.

Двамата астрофизици казват, че техните резултати не представляват точно решение на проблема с трите тела, а по-скоро статистическо приближение с приложения в реалния живот. Това може да бъде полезно, когато учените искат да моделират и визуализират сложни физически процеси.

"Вземете три черни дупки, които се въртят една около друга. Техните орбити със сигурност ще се дестабилизират с течение на времето и дори когато една от дупките бъде изхвърлена извън гравитационните ефекти на другите две, ще ни бъде интересно да разберем в какво състояние е системата от останалите черни дупки", обяснява Стоун.

Способността за прогнозиране на орбитите е изключително важна за разбирането на взаимодействията и движенията на небесните тела в космическото пространство. 

Справка:  A statistical solution to the chaotic, non-hierarchical three-body problem, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1833-8 , https://nature.com/articles/s41586-019-1833-8 

Източник:

Researchers crack Newton's elusive three-body problem, Phys.org


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.