Matematycy znaleźli 12 000 rozwiązań kosmologicznego problemu trzech ciał

Matematycy od ponad 300 lat próbują rozwiązać niemal niemożliwy do pokonania problem, w jaki sposób trzy obiekty mogą utworzyć wokół siebie stabilną orbitę. Matematycznie opisać ruch dwóch ciał - dość proste, ale pojawienie się trzeciego natychmiast wszystko psuje. W tym samym czasie naukowcy odkryli 12 tysięcy układów orbitalnych odpowiadających prawom ruchu Izaaka Newtona.

Stwierdzono to w badaniu opublikowanym na stronie preprintów arXiv. Wyniki pracy naukowców nie zostały jeszcze ocenione przez społeczność naukową.

Jak zauważa New Scientist, stosunkowo łatwo jest opisać ruch dwóch orbitujących ciał i to, jak grawitacja każdego z nich wpływa na drugie. To właśnie pojawienie się trzeciego stanowi poważny problem dla obliczeń.

W 2017 r. naukowcy stwierdzili, że znaleźli 1223 nowe rozwiązania, podwajając liczbę rozwiązań znanych w tamtym czasie. Jednak teraz Ivan Hristov z Uniwersytetu Sofijskiego w Bułgarii i jego koledzy twierdzą, że odkryli ponad 12 000 więcej działających orbit.

Chociaż problem trzech ciał jest zagadnieniem matematycznym, jest on bardzo interesujący dla astronomów, ponieważ może opisać, w jaki sposób dowolne trzy obiekty niebieskie - gwiazdy, planety lub księżyce - mogą utrzymać stabilną orbitę.

Zespołowi naukowców w rozwiązaniu zagadki pomógł superkomputer, na którym uruchomiono zoptymalizowaną wersję algorytmu wykorzystanego w artykule z 2017 roku. Zaktualizowany algorytm był w stanie znaleźć 12 392 nowych rozwiązań.

Jednocześnie Hristov uważa, że gdyby algorytm działał na mocniejszym komputerze, wyniki byłyby "pięć razy większe".

Wszystkie znalezione rozwiązania zaczynają się od tego, że trzy ciała są nieruchome, a następnie grawitacja przyciąga je do siebie i spadają swobodnie.

W ten sposób pęd zapobiega ich zderzeniu i popycha je obok siebie. Następnie wszystkie trzy obiekty zwalniają i powracają do spoczynku, aż grawitacja ponownie spowoduje ich swobodny spadek.

Naukowcy twierdzą, że w przypadku braku tarcia scenariusz ten powtarzałby się w nieskończoność.

Przyznają jednak, że dopiero okaże się, jak stabilne są nowe rozwiązania, gdy uwzględnione zostaną niewielkie efekty dodatkowych, odległych ciał i innych przeszkód w świecie rzeczywistym.

"Ich fizyczne i astronomiczne znaczenie będzie lepiej znane po badaniu stabilności - to bardzo ważne. Niemniej jednak, stabilne czy niestabilne, są one bardzo interesujące z teoretycznego punktu widzenia. Mają bardzo piękną strukturę czasoprzestrzenną" - stwierdził Hristov.

Z kolei Johan Frank z Louisiana State University (USA) zauważył, że wszystkie te rozwiązania są bardzo interesujące dla matematyków, ale w rzeczywistości ich zastosowanie będzie bardzo ograniczone.

"Większość, jeśli nie wszystkie (rozwiązania - red.), wymagają tak precyzyjnych warunków początkowych, że prawdopodobnie nigdy nie zostaną zrealizowane w naturze" - wyjaśnił Frank.

Według niego, w naturze złożone orbitalne interakcje trzech ciał ostatecznie prowadzą do powstania układu podwójnego i wyrzucenia trzeciego ciała (zwykle mniej masywnego) poza jego obręb.

Wcześniej OBOZREVATEL opowiadał o tym, że matematyk z XIX wieku znalazł planetę Vulcan w pobliżu Słońca.

Subskrybuj kanały OBOZREVATEL w Telegramie i Viberze, aby być na bieżąco z najnowszymi wydarzeniami.