據外媒報導，希伯來大學研究人員介紹了一種解決三體問題的新方法，並預測其結果統計。「三體問題」是指三個質量、初始位置和初始速度都是任意的可視為質點的天體，在相互之間萬有引力的作用下的運動規律問題，對於理解各種天體物理過程以及一大類機械問題至關重要。
三個多世紀以來，它一直占據著世界上一些最優秀的物理學家、天文學家和數學家的視野。他們的嘗試導致了幾個重要科學領域的發現；然而它仍然是一個謎。
17世紀末，牛頓通過萬有引力定律成功地解釋了行星繞太陽的運動。他還試圖解釋月球的運動。由於地球和太陽都決定了月球的運動，牛頓開始對預測三個在空間中運動的天體在相互引力作用下的運動問題感興趣，這個問題後來被稱為 “三體問題”。
然而，與二體問題不同的是，牛頓無法為其提供一般的數學解決方案。事實上，事實證明，三體問題很容易定義，但卻很難解決。希伯來大學拉卡物理研究所的巴拉克-科爾教授領導的新研究，為這個始於牛頓的科學之旅增添了一步，觸及到了科學預測的極限和混沌在其中的作用。
該理論研究提出了對問題的一種新穎而精確的還原，通過重新審視以往理論的基本概念，使之得以實現。它可以精確地預測三體各自逃離系統的機率。
繼牛頓和歐拉、拉格朗日和雅科比等人在該領域進行了兩個世紀的卓有成效的研究之後，到19世紀末，數學家Poincare發現，該問題對物體的初始位置和速度表現出極大的敏感性。這種敏感性，後來被稱為混沌，具有深遠的意義–它表明三體問題不存在封閉形式的確定性答案。
20世紀，計算機的發展使人們有可能藉助於計算機對天體運動的模擬來重新審視這個問題。模擬結果表明，在一些一般的假設下，一個三體系統經歷了混沌或隨機運動的時期與規律運動的時期交替進行，直到最後系統解體為一對天體圍繞著它們的共同質量中心運行，第三個天體則遠離或逃離它們。
混沌的性質意味著不僅不可能得到閉式解，而且計算機模擬也不能提供具體可靠的長期預測。然而，由於有了大量的模擬集，1976年，人們產生了尋求系統的統計預測的想法，特別是預測三體各自的逃逸機率。從這個意義上說，原來的目標，即尋找確定性解是錯誤的，人們認識到正確的目標是尋找統計解。
事實證明，確定統計解並不是一件容易的事，因為這個問題有三個特點：系統呈現出混沌運動，與規律運動交替進行；它是無邊界的。一年前，以色列希伯來大學拉卡物理學院天體物理學家尼古拉斯·斯通和他的同事們使用了一種新的計算方法，並首次實現了統計解的封閉數學表達式。然而，這種方法和所有前輩的統計方法一樣，都建立在一定的假設之上。受這些結果的啟發，Kol發起了對這些假設的重新審視。
引力的無限無界范圍表明，通過所謂的無限相空間量，出現了無限的機率。為了避免這種病態，以及其他原因，以前所有的嘗試都假設了一個有些武斷的 “強相互作用區域”，並且在計算機率時只考慮了其中的配置。
最近發表在科學雜誌《天體力學與動力天文學》上的新研究，關注的是相量的出射通量，而不是相量本身。由於即使體積是無限的，通量也是有限的，因此這種基於通量的方法避免了人為的無限機率問題，而從未引入人為的強相互作用區域。
基於通量的理論在一定的假設下，預測了每個天體的逃逸機率。這些預測與之前所有的框架都不同，Kol教授強調，”數百萬次計算機模擬的測試表明，理論和模擬之間有很強的一致性”。這些模擬是與芝加哥大學的Viraj Manwadkar、日本沖繩研究所的Alessandro Trani和智利康塞普西翁大學的Nathan Leigh合作進行的。這一共識證明，理解系統需要範式的轉變，新的概念基礎很好地描述了系統。那麼，事實證明，即使對於這樣一個老問題的基礎，創新也是可能的。
這項研究的影響是廣泛的，有望影響到各種天體物理問題的解決和對力學中整整一類問題的理解。在天體物理學中，它可能會應用於產生成對緊湊體的機制，而這些緊湊體是引力波的來源，同時也會加深對星團內部動力學的理解。在力學中，三體問題是各種混沌問題的原型，因此，它的進展可能會反映在這一重要類別的其他問題上。
來源：cnBeta
