Математики знайшли 12 000 розв'язків космологічної проблеми трьох тіл

Математики уже понад 300 років намагаються розібратися із майже непереможною проблемою про те, як три об'єкти можуть сформувати стабільну орбіту один навколо одного. Математично описати рух двох тіл – достатньо просто, але поява третього одразу ж все псує. Разом із тим зараз дослідники виявили одразу 12 тисяч орбітальних розташувань, що відповідають законам руху Ісаака Ньютона.

Про це йдеться у дослідженні, яке було опубліковано на сайті препринтів arXiv. Результати роботи вчених ще мають отримати оцінку наукової спільноти.

Як зазначає New Scientist, описати рух двох орбітальних тіл і те, як гравітація кожного з них впливає на інше, відносно просто. Саме поява третього створює серйозні проблеми для розрахунків.

2017 року вчені заявили, що знайшли 1223 нових розв'язки, подвоївши кількість відомих на той час розв'язків. Але тепер Іван Христов з Софійського університету в Болгарії та його колеги заявляють, що виявили ще понад 12 000 орбіт, які працюють.

Попри те, що задача трьох тіл є математичною, вона становить велику цікавість для астрономів, оскільки може описати, як будь-які три небесні об'єкти – зірки, планети чи місяці – можуть підтримувати стабільну орбіту.

Вирішити загадку команді вчених допоміг суперкомп'ютер, на який було встановлено оптимізовану версію алгоритму, використаного в роботі 2017 року. Оновлений алгоритм зміг знайти 12 392 нових рішення.

При цьому Христов вважає, що якби алгоритм працював на ще потужнішому комп'ютері, то результатів було б "у п'ять разів більше".

Усі знайдені розв'язки починаються з того, що три тіла перебувають у нерухомому стані, а потім сила тяжіння тягне їх одне до одного і вони переходять у вільне падіння.

При цьому імпульс не дозволяє їм зіштовхнутися і проносить один повз одного. Згодом усі три об'єкти сповільнюються і знову повертаються у стан спокою, поки сила тяжіння знову не відправить їх у вільне падіння.

Вчені стверджують, що за умови відсутності тертя такий сценарій повторюватиметься нескінченно.

Разом із тим, вони визнають, що ще потрібно з'ясувати, наскільки стабільними є нові рішення, якщо будуть враховані крихітні впливи додаткових, віддалених тіл та інших реальних перешкод.

"Їх фізична і астрономічна значимість буде краще відома після вивчення стабільності – це дуже важливо. Але, тим не менше, стабільні чи нестабільні, вони становлять великий теоретичний інтерес. Вони мають дуже красиву просторово-часову структуру", – заявив Христов.

Зі свого боку Юхан Франк з Університету штату Луїзіана (США) зазначив, що усі ці розв'язки є дуже цікавими для математиків, але в реальності їх застосування буде дуже обмеженим.

"Більшість, якщо не всі (розв'язки. – Ред.), вимагають настільки точних початкових умов, що вони, ймовірно, ніколи не будуть реалізовані в природі", – пояснив Франк.

За його словами, в природі складна орбітальна взаємодія трьох тіл зрештою призводить до утворення бінарної системи та викидання третього тіла (зазвичай, найменш масивного) за її межі.

Раніше OBOZREVATEL розповідав про те, що математик 19 століття знайшов планету Вулкан на околицях Сонця.

Підписуйтесь на канали OBOZREVATEL у Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.