Израильские ученые решили старейшую проблему физики

Квантовая физика иллюстрация

Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

«Проблема трех тел», термин, придуманный для предсказания движения трех гравитирующих тел в космосе. Это важно для понимания множества астрофизических процессов, а также большого класса механических проблем. Ею занимались некоторые из лучших физиков мира, астрономы и математики более трех веков. Их попытки привели к открытию нескольких важных областей науки, но никто не смог решить эту проблему.

Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. Кратко о методе решения одной из величайших проблем физики и математики, сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Теоретическое исследование представляет собой новую и точную редукцию проблемы, позволяющую пересмотреть основные концепции, лежащие в основе предыдущих теорий. Это позволяет точно предсказать вероятность выхода каждого из трех тел из системы.

Со времен Анри Пуанкаре (1854-1912), французского математика и физика, было известно, что задача трех тел не имеет детерминированного решения. Движение объектов, которые взаимодействуют друг с другом по закону тяготения Ньютона, сильно зависит от их начального положения и скоростей из-за чего поведение системы кажется случайным или хаотичным.

В 20 веке развитие компьютеров сделало возможным пересмотреть проблему с помощью компьютерного моделирования движения тел. Моделирование показало, что при некоторых общих предположениях система из трех тел испытывает периоды хаотического или случайного движения, чередующиеся с периодами регулярного движения, пока, наконец, система не распадается на пару тел, вращающихся вокруг своего общего центра масс, и на третье. удаляясь от них или убегая от них.

В 1976 году ученые заявили, что для разгадки этой проблемы нужно искать статистическое решение и, в частности, предсказания вероятности бегства каждого из трех тел. В этом смысле первоначальная цель — найти детерминированное решение — оказалась неверной, и было признано, что правильная цель — найти статистическое решение. Определение статистического решения оказалось непростой задачей из-за трех особенностей этой проблемы: система представляет хаотическое движение, которое чередуется с регулярным движением; поток неограничен и подвержен распаду.

Год назад доктор Николас Стоун и его коллеги из Института физики Рака Еврейского университета Иерусалима использовали новый метод расчета и впервые получили замкнутое математическое выражение для статистического решения. Однако этот метод, как и все предшествующие ему статистические подходы, основан на определенных допущениях. Вдохновленный этими результатами, Кол начал пересмотр этих предположений.

Бесконечный неограниченный диапазон действия силы тяжести предполагает появление бесконечных вероятностей через так называемый бесконечный объем фазового пространства.

Новое исследование фокусируется на исходящем потоке фазового объема, а не на самом фазовом объеме. Поскольку поток конечен, даже когда объем бесконечен, этот подход, основанный на потоках, позволяет избежать искусственной проблемы бесконечных вероятностей, даже не вводя искусственную область сильного взаимодействия.

Теория, основанная на потоках, предсказывает вероятность убегания каждого тела при определенных предположениях. Прогнозы отличаются от всех предыдущих моделей, и профессор Кол подчеркивает, что «тесты миллионов компьютерных симуляций показывают сильное сходство между теорией и симуляцией».

Моделирование проводилось в сотрудничестве с Вираджем Манвадкаром из Чикагского университета, Алессандро Трани из Института Окинавы в Японии и Натаном Ли из Университета Консепсьон в Чили.

Это исследование доказывает, что понимание системы требует смены парадигмы и что новая концептуальная основа хорошо описывает систему.

Результаты этого исследования обширны и, как ожидается, повлияют как на решение множества астрофизических проблем, так и на понимание целого класса проблем механики.

Ранее Курсор писал, что появилась новая загадка астрономии. Австралийские ученые обнаружили несколько загадочных кольцевых структур, излучающих в радиодиапазоне.

Квантовый компьютер решил полезную для людей задачу. Ученые используют квантовые компьютеры для решения разнообразных задач.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ:
comments powered by HyperComments