牛頓350年前留下三體難題被破解

近350年前，牛頓發(fā)現(xiàn)了描述物體運動的三大定律，其中第三定律是“作用力與反作用力大小相等，方向相反”。

牛頓運動定律為我們理解太陽系的運行，以及物體與作用于物體的力之間的關系奠定了基礎。牛頓運動定律的重要意義自不必說，但也制造了一個近350年來一直困擾科學家的難題：三體問題。

在利用運動定律描述地球圍繞太陽運行的問題后，牛頓斷定，它們也能幫助人們理解考慮第三個天體——例如月球——加入后地球圍繞太陽運行的問題。但實際上，解三體方程的難度要大得多。

當2(或3個)不同大小和距離的天體圍繞一個中心點運行時，利用牛頓運動定律計算它們的運動狀態(tài)可謂輕而易舉。但是，如果3個天體尺寸以及與中心點的距離接近時，它們之間的相互作用力會發(fā)生變化，系統(tǒng)會陷入混亂，利用普通的數(shù)學知識計算各天體的運動狀態(tài)是不可能的。

由以色列希伯來大學拉卡物理學院天體物理學家尼古拉斯·斯通(Nicholas Stone)領銜的一個國際研究團隊，在解決這一難題方面邁出了一大步。他們的研究論文發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

斯通和智利康塞普希翁大學(La Universidad de Concepción)充分利用了過去2個世紀的相關研究成果，特別是“不穩(wěn)定的三體系統(tǒng)最終會淘汰一個物體，形成穩(wěn)定的二元系統(tǒng)”。這種二元關系是他們研究的重點。

研究團隊沒有將系統(tǒng)的混亂狀態(tài)看作是障礙，他們利用傳統(tǒng)的數(shù)學運算預測行星的運動。斯通說，“當我們將我們的預測與它們實際運動狀態(tài)的計算機模型進行比較時，我們發(fā)現(xiàn)我們的預測精度相當高。”

盡管研究團隊強調(diào)他們的研究成果并非是三體問題精確的解決方案，他們的成果還是非常有用的，使得物理學家能對復雜的物理過程進行可視化處理。

斯通解釋說，“以三個黑洞圍繞另外一個黑洞運行為例，它們的軌道將是不穩(wěn)定的——即使是在一個黑洞‘被踢出去時’也是如此，我們對留下的兩個黑洞之間的關系仍然非常感興趣”。對于我們理解不穩(wěn)定三體系統(tǒng)中幸存者在新形成的穩(wěn)定系統(tǒng)中的行為，預測新軌道的能力至關重要。

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