Математики нашли 12 000 новых решений задачи трех тел
Задача трех тел — это общеизвестная физико-математическая головоломка и пример того, насколько сложен мир природы.
Два объекта, вращающиеся вокруг друг друга, как одинокая планета вокруг звезды, можно описать всего одной-двумя строками математических уравнений.
Однако добавьте третье тело, и математика станет намного сложнее. Поскольку каждый объект влияет на другие своей гравитацией, вычисление стабильной орбиты, на которой уживаются все три объекта, является сложной задачей.
Теперь международная группа математиков утверждает, что нашла 12 000 новых решений известной проблемы — существенное дополнение к сотням ранее известных сценариев. Их работа была опубликована в виде препринта к базе данных arXiv, то есть еще не прошла рецензирование.
Более 300 лет назад Исаак Ньютон записал свои фундаментальные законы движения, и с тех пор математики работают над решением задачи трех тел. Не существует единственного правильного ответа; вместо этого существует множество орбит, которые могут работать в рамках законов физики для трех вращающихся вокруг объектов.
В отличие от простой орбиты нашей планеты вокруг Солнца, орбиты в задаче трех тел могут выглядеть запутанными и сложными. 12 000 недавно обнаруженных не являются исключением — три гипотетических объекта стартуют с места, а когда высвобождаются, притягиваются друг к другу по различным спиралям под действием силы тяжести.
Затем они пролетают мимо друг друга, удаляясь все дальше, пока притяжение не берет верх, и они снова не собираются вместе, повторяя этот шаблон снова и снова.
Орбиты «имеют очень красивую пространственную и временную структуру», говорит ведущий автор исследования Иван Христов, математик из Софийского университета в Болгарии. Он и его коллеги нашли эти орбиты с помощью суперкомпьютера, и ученые уверены, что с помощью еще более совершенных технологий смогут найти «в пять раз больше».
Системы трех тел довольно распространены во Вселенной; существует множество звездных систем с несколькими планетами или даже несколькими звездами, вращающимися вокруг друг друга.
Теоретически эти новые решения могут оказаться чрезвычайно ценными для астрономов. Но они полезны только в том случае, если они стабильны, а это означает, что орбитальные схемы могут повторяться с течением времени, не распадаясь на части, выбрасывая один из составных объектов в космос. То, что они теоретически стабильны, не означает, что они смогут противостоять множеству других сил, присутствующих в реальной звездной системе.
Несмотря ни на что, эти решения — математическое чудо. По мнению авторов, «стабильные или нестабильные — они представляют большой теоретический интерес».