Investigación desde el marco anterior, los científicos lograron nuevos avances en la resolución del problema de los tres cuerpos | Simulación por computadora | Ondas gravitacionales

[Epoch Times 30 avril 2021](El reportero de La Gran Época, Gao Wensen, escribió un informe) Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel utilizaron un nuevo método para comparar clásicosProblema de tres cuerposHaga pronósticos estadísticos claros.

Problema de tres cuerposSe refiere al problema de la ley de movimiento de tres cuerpos celestes bajo la acción de la gravitación mutua. Los científicos quieren encontrar una fórmula para describir el final de los últimos tres cuerpos celestes. Esto es de gran importancia para una amplia gama de problemas mecánicos y las leyes del movimiento del cuerpo celeste.

Sin embargo, los científicos han descubierto que este problema parece simple, pero en realidad es difícil. Por ejemplo, los resultados finales del movimiento del sistema son muy sensibles a las posiciones y velocidades iniciales de los tres cuerpos celestes. Los científicos lo llaman el caos de la sensibilidad. Este concepto significa que el resultado final de los tres cuerpos celestes es difícil de predecir con ciertas posibilidades.

Este problema ha atraído a un gran número de físicos, astrónomos y matemáticos notables durante más de tres siglos desde que se propuso por primera vez.

Ahora, los investigadores de la Universidad Hebrea han encontrado una nueva forma de pensar sobre este problema, saliendo del marco de investigación original, reduciendo drásticamente la incertidumbre de este problema y determinando con precisión la posibilidad de que todos los cuerpos celestes del sistema finalmente vuelen. fuera del sistema. La investigación fue publicada en la revista Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy el 1 de abril.

Revisión de la historia de la investigación

A finales del siglo XVII, el famoso científico Isaac Newton utilizó la ley de la gravitación universal para explicar las leyes de los planetas que orbitan alrededor del sol. También quería explicar las leyes del movimiento de la luna, ya que la tierra y el sol tienen un impacto en la órbita de la luna, por lo que el movimiento final de estos cuerpos celestes tendría que ser complicado. Más tarde, este problema se convirtió en el clásico problema de los tres cuerpos.

Después de Newton, los matemáticos Leonhard Euler, Joseph-Louis Lagrange y Jacobi (Carl Gustav Jacob Jacobi), hasta el siglo XIX Henri Poincaré, todos se preocuparon por esto. El problema contribuyó.

En el siglo XX, con el desarrollo de las computadoras, los científicos pueden usar sistemas informáticos para simular la evolución del sistema de tres cuerpos. Algunos científicos han descubierto que, en circunstancias normales, el sistema de tres cuerpos sufre una transformación entre el caos y el movimiento regular, y finalmente se convierte en dos cuerpos celestes que orbitan alrededor de un centro común, y el tercer cuerpo celeste abandonará el sistema por completo.

Los científicos se han dado cuenta de que incluso utilizandoSimulación por ordenadorTambién es difícil predecir el resultado a largo plazo del sistema de tres cuerpos. Sin embargo, un gran número de simulaciones llevadas a cabo en 1976 avanzó aún más. Estas simulaciones muestran que se pueden realizar predicciones estadísticas en el sistema. Específicamente, se puede predecir la probabilidad de que cada cuerpo celeste abandone el sistema. Desde este punto de vista, los científicos creen que el objetivo original de encontrar un resultado determinista es incorrecto y que el objetivo correcto es encontrar predicciones estadísticas.

Hace más de un año, Nicholas Stone del Instituto Racah de Física de la Universidad Hebrea utilizó un nuevo método para calcular por primera vez y encontró una descripción matemática del resultado del problema de los tres cuerpos. Este es otro avance en este tema. Sin embargo, este método se basa en algunos supuestos condicionales específicos.

Llamó a la zona espacial considerada el volumen del espacio de fase. Debido a que la gravedad tiene un rango de acción infinito, también significa que habrá infinitas posibilidades en este espacio. Para solucionar este problema, y ​​por otras razones, este método hace la suposición de una “zona de acción fuerte” de manera algo arbitraria, y solo considera las diferentes situaciones que ocurren en la zona donde la fuerza es fuerte.

Nuevos métodos de investigación

En la última investigación, Barak Kol, también en el Instituto de Física de Raqqa, analizó estas hipótesis con más detalle, desde el punto de vista del flujo de salida en el espacio de fases, en lugar de centrarse en las fases del espacio de fases en sí. Según el estudio, aunque el espacio es infinito, el flujo es limitado, por lo que este método no necesita utilizar los supuestos arbitrarios utilizados en los estudios anteriores.

Esta teoría se basa en el flujo de salida para predecir la probabilidad de que cada cuerpo celeste abandone el sistema, y ​​el resultado es diferente de todas las teorías anteriores. Cole dijo: “La inspección de millones de modelos de computadora muestra que la teoría y el modelo son muy consistentes”.

Estos modelos de computadora fueron producidos en colaboración con la Universidad de Chicago, el Instituto Okinawa en Japón y la Universidad de Concepción en Chile.

Según la investigación, la conformidad entre la teoría y el modelo demuestra que la nueva teoría proporciona una buena descripción del sistema de tres cuerpos. También muestra que incluso con un problema tan antiguo y difícil, si la forma de pensar se puede cambiar por completo, es muy posible obtener ideas innovadoras.

El significado del problema de los tres cuerpos

Esta investigación es útil para muchos problemas en los campos de la astrofísica y la mecánica. En términos de astrofísica, mejorará la comprensión de los científicos del sistema compacto de dos cuerpos (es decir, un sistema formado por dos cuerpos celestes) y el mecanismo interno de los cúmulos de estrellas.Ondas gravitacionalesDerivado del sistema de dos cuerpos.

En términos de mecánica, muchos problemas involucran sistemas caóticos, y el problema de los tres cuerpos es el prototipo del sistema caótico, por lo tanto, el avance del problema de los tres cuerpos tendrá un impacto profundo en una serie de problemas mecánicos. ◇ #

Editor a cargo: Ye Ziwei