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牛頓350年前留下三體難題 如今被科學家破解

勵志人生網 2019-12-20 08:32 勵志人物 111次

北京時間12月19日消息,近350年前,牛頓發現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生變化,系統會陷入混亂,利用普通的數學知識計算各天體的運動狀態是不可能的。

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“不穩定的三體系統最終會淘汰一個物體,形成穩定的二元系統”。這種二元關系是他們研究的重點。

研究團隊沒有將系統的混亂狀態看作是障礙,他們利用傳統的數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的計算機模型進行比較時,我們發現我們的預測精度相當高。”

盡管研究團隊強調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”。對于我們理解不穩定三體系統中幸存者在新形成的穩定系統中的行為,預測新軌道的能力至關重要。

牛頓350年前留下三體難題 如今被科學家破解

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