科普園地|復雜的三體問題存在上萬個解決方案？
(資料圖片)
科技日報記者?劉霞
據英國《新科學家》網站9日報道，300多年來，三個物體如何在穩定軌道上彼此環繞的問題一直困擾著數學家，在最新研究中，保加利亞數學家為這一復雜的三體問題找到了12000多個解決方案。相關論文已提交論文預印本網站。
三個物體的運動比人們想象的要復雜。圖片來源：《新科學家》網站
雖然從數學上描述兩個彼此環繞物體的運動，以及每個物體的引力如何影響另一個物體相對簡單，但一旦加入第三個物體，這個問題就會復雜很多。與此同時，天文學家也對三體問題的解決方案很感興趣，因為這些方案可以描述任何三個天體——無論是恒星、行星還是衛星。
三體問題最簡單的一個例子就是太陽系中太陽、地球和月球的運動。在浩瀚的宇宙中，星球的大小可以忽略不計，把它們看成質點。如果不計太陽系其他星球的影響，那么它們的運動就只是在引力的作用下產生，可以把它們的運動看成一個三體問題。
三體問題一個新解決方案圖片來源：赫里斯托夫等人
2017年，研究人員為“三體問題”找到了1223個新解決方案。現在，索菲亞大學的伊萬·赫里斯托夫及其同事使用超級計算機運行了此前所用算法的優化版本，發現了12392個新的解決方案。如果用更強大的硬件重復，團隊可以再找到“五倍多的解決方案”。
團隊發現，所有這些新解決方案的模式大同小異：三個靜止的物體在重力作用下自由落體，然后，這些物體自身擁有的動量讓它們彼此“擦肩而過”，接著減速、停止，再次被吸引到一起。假設沒有摩擦，這種模式會無限重復。
考慮到可能會有其他物體加入，以及“噪聲”的影響，這些方案的穩定性還有待觀察。美國路易斯安那州立大學的胡安·弗蘭克指出，這么多方案對數學家來說很有意思，但大多數解決方案都需要如此精確的初始條件，在自然界中可能無法實現。
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