Atrasta 12 000 liūdnai pagarsėjusios trijų kūnų problemos sprendinių

Klausimas, kaip trys objektai gali suformuoti stabilią orbitą aplink vienas kitą, jaudino matematikų protus daugiau, nei 300 metų, bet dabar tyrėjai aptiko rekordiškai daug, 12 000 orbitų, aprašomų I. Niutono judėjimo dėsniais.

Nors dviejų kūnų judėjimą ir poveikį vienas kitam matematiškai aprašyti santykinai paprasta, trečias objektas reikalus labai smarkiai apsunkina. 2017 metais tyrėjai rado 1223 naujus trijų kūnų problemos sprendinius, tuomet žinotų galimybių skaičių padvigubindami. Dabar, Ivan Hristov su kolegomis iš Sofia universiteto Bulgarijoje atkapstė dar daugiau, nei 12 000 veikiančių orbitų.

Komanda superkompiuteriu atliko optimizuotą 2017 metų darbo algoritmo versiją ir atrado 12 392 naujus sprendinius. Hristovas sako, kad jei pakartotų paieškas galingesniu kompiuteriu, galėtų aptikti „penkis kartus daugiau“.

Visi tyrėjų rasti sprendiniai prasideda nuo trijų stacionarių kūnų, kuriuos išjudina tarpusavio gravitacija. Tuomet iš inercijos jie pralekia vienas pro kitą, sulėtėja, sustoja ir gravitacija pajudina juos judėti atgal. Tyrėjai išsiaiškino, kad jei nebūtų trinties, toks veiksmas niekada nenutrūktų.

Trijų kūnų problemos sprendiniai domina astronomus, nes jie gali aprašyti kaip bet kokie trys dangaus kūnai – žvaigždės, planetos ar mėnuliai – gali išlaikyti stabilią orbitą. Bet dar reikia įvertinti naujų sprendinių stabilumą, atsižvelgiant į papildomų, tolimų kūnų įtaką ar kitus realaus pasaulio faktorius.

„Jų fizinis ir astronominis aktualumas bus geriau žinomas, atlikus stabilumo tyrimus – tai labai svarbu,“ pažymi Hristovas. „Kaip bebūtų – stabilūs ar ne – jie itin įdomūs teoriškai. Jų erdvinė irlaikinė struktūra labai graži.“

Juhan Frank iš Louisiana'os valstijos universiteto sako, kad tokios daugybės itin tikslių sąlygų aibės sprendinių radimas tikrai sudomins matematikus, nors realiame pasaulyje jų panaudojimas bus ribotas.

„Daugumai, jei ne visiems, reikia tokių tikslių pradinių sąlygų, kad gamtoje jos tikriausiai niekada nesusidaro,“ sako Frank. „Sudėtinga, nors ir nuspėjama, orbitų sąveika lemia, kad tokios trijų kūnų sistemos linkusios suirti į binarinę, o trečias, dažniausiai turintis mažiausią masę, iš sistemos pabėga.“

Matthew Sparkes
www.newscientist.com

Nuoroda:arXivDOI: 10.48550/arXiv.2308.16159