Mokslo ir technologijų pasaulis

Po beveik 350 metų fizikams pavyko rasti statistinį I. Niutono trijų dangaus kūnų judėjimo uždavinio sprendimą – tai yra, jiems pavyko remiantis judėjimo ir traukos dėsniais paaiškinti, kaip trys panašūs objektai arba kūnai judės erdvėje.

Naujausio tyrimo autoriai teigia, kad trijų kūnų uždavinys ko gero yra seniausias neatsakytas klausimas astrofizikoje. Nors jie ir nesugebėjo iki galo atsakyti į šį klausimą, jiems labiau nei daugumai iki šiol pavyko priartėti prie sprendimo – jie atrado statistinių rodiklių skaičiavimo formulę, kurią taikant tam tikriems scenarijams, pavyksta šį uždavinį išspręsti.

Konkrečiai, jie išanalizavo ankstesnius du šimtmečius darytus tyrimus, kuriuose iškeliama tokia idėja: nestabiliose, chaotiškose trijų kūnų sistemose vienas iš kūnų galiausiai išstumiamas, ir tada tarp dviejų likusių kūnų nusistovi stabilūs binariniai santykiai. Nors tyrėjai ir pabrėžia, kad kol kas jie neturi tikslaus, išbaigto trijų kūnų uždavinio sprendimo, jiems pavyko atrasti veiksmingą statistinį metodą, kurį taikant galima paaiškinti nemažai šių trijų ir dviejų kūnų sąveikos variacijų, ir kuris gali būti labai naudingas fizikams vizualizuojant sudėtingus procesus.

„Kai palyginome savo skaičiavimus su kompiuterio sugeneruotais realaus kūnų judėjimo modeliais, pamatėme, kad tikslumo laipsnis gana didelis“, – sako astrofizikas Nicholasas Stone‘as iš Jeruzalės hebrajų universiteto.

Trys dėsniai, kuriuos Izaokas Niutonas (Isaac Newton) nustatė 1687 m., yra tokie: bet koks kūnas yra rimties būsenoje arba juda tolygiai tiese, kol nėra pašalinio kitų kūnų poveikio, keičiančio šią būseną; kūno masės ir jo pagreičio sandauga lygi veikiančiai tą kūną jėgai (F=ma); jėgos, kuriomis veikia vienas kitą sąveikaujantys kūnai, yra lygios ir priešingų krypčių.

Viskas puiku, kol kalbame apie bazinius Visatos fizikos principus. Tačiau I. Niutonui kilo sunkumų taikant šiuos dėsnius Žemės, Mėnulio ir Saulės (pirminių trijų kūnų) judėjimui. Iš tiesų buvo daug sunkiau atsekti realių kūnų judėjimą taikant šias matematines taisykles.

Nors mokslininkams pavyko rasti konkrečių atvejų sprendimus, jie kol kas nesugebėjo sudaryti bendros trijų kūnų uždavinio sprendimo formulės. Tai tarsi bandymas pritaikyti matematinį šabloną drugelio efektui – jis pernelyg chaotiškas, kad galima būtų jį susekti.

Šiuo atveju tyrėjai, ieškodami atsakymų, pritaikė tikimybių hipotezę, vadinamą ergodiškumu – kai naudojantis vidurkių principais, nustatoma, kas nutiks tam tikroje sistemoje. Svarbu tai, kad laikui bėgant ergodiniai procesai mažai besisieja su savo pradine būkle (panašiai kaip trijų kūnų sistemoje).

Naujai atrastas sprendimas paaiškina, kaip du išlikę trijų kūnų sistemos kūnai potencialiai elgsis įvairiomis aplinkybėmis – naujai susiklosčiusiuose stabiliuose scenarijuose. Šių scenarijų supratimas gali būti labai svarbus astrofizikoje.

„Pavyzdžiui, įsivaizduokime tris juodąsias skyles, kurios sukasi viena apie kitą, – sako Stone‘as. – Jų orbitos neišvengiamai išsibalansuos, taps nestabilios, ir po to, kai viena iš jų bus išstumta, mus vis vien domins potencialus likusių dviejų juodųjų skylių judėjimas.“

Tyrimas paskelbtas leidinyje „Nature“.