Matematikusok 12.000 új megoldást találtak a megoldhatatlan 3-test problémára

Ha egy bolygó kering egy csillag körül, az nem probléma. De ha kettő, vagy több bolygó kering egy csillag körül, az az asztrofizika egyik legnagyobb problémája.

Annak kiszámítása, hogy 3 dolog hogyan kering egymás körül közismerten nehéz - de egy új tanulmány 12.000 új módot talált a megoldására. A háromtest-probléma a fizika és matematika egyik rejtélye, és egy példa arra, hogy a természet világa milyen komplex. - írja a Live Science magazin.

Azt, hogy két objektum kering egymás körül, mint egy bolygó egy csillag körül, leírható 1-2 sor matematikai egyenlettel. Ám ha hozzáadunk egy harmadik testet, a matematika sokkal nehezebbé válik. Mivel minegyik objektum gravitációjával hatással van a többi testre, kiszámítani egy olyan stabil pályát, ahol mind a három objektum boldogul, egy komplex mutatvány. A fizikusok számára nem probléma előre jelezni két masszív objektum mozgását, mint például egy csillag párét. De amikor belép a képbe egy harmadik objektum, a probléma megoldhatatlanná válik. Amikor két masszív objektum közel kerül egymáshoz, gravitációs vonzásuk hatással van pályáikra, oly módon, ami egy egyszerű matematikai formulával leírható. De ha egy harmadik objektum is hozzájön, a 3 objektum közti interakciók hirtelen kaotikussá válnak és a 3 test viselkedése érzékennyé válik a kezdeti feltételekre, mint a sebesség, vagy a pozíció. Bármilyen kis eltérés a kezdeti feltételekben drasztikusan megváltoztatja a jövőbeni viselkedésüket és mivel mindig van némi bizonytalanság a feltételekről való ismereteinkben, lehetetlen kiszámítani távoli jövőbeni viselkedésüket.
Egy forgatókönyvben keringhet szorosan egymás körül, míg a harmadik egy szélesebb pályára vetődik, egy másik forgatókönyvben meg lehet, hogy a harmadik objektum elvetődik a másik kettőtől és sosem tér vissza és így tovább.
A háromtest-probléma nagyon-nagyon érzékeny a kezdeti feltételekre, ami lényegében azt jelenti, hogy az eredmény alapvetően random. De ez nem jelenti azt, hogy nem tudják kiszámítani minden egyes eredmény valószínűségét.

hároomtest-probléma Forrás: https://www.livescience.com/three-body-problem-solution

Most egy nemzetközi matematikus csapat azt állítja, hogy talált 12.000 új megoldást, ami jelentős hozzájárulás a több száz korábbi ismert forgatókönyvekhez. Munkájukat még nem esett át felülvizsgálaton.
Több, mint 300 évvel ezelőtt Isaac Newton leírta alapvető mozgástörvényeit, és azóta a matematikusok rengteget dolgoznak a háromtest-problémán. Nincs egy helyes válasz, hanem sok pálya van, ami működik a fizika törvényein belül három keringő objektum esetén.
Nem úgy mint a Föld egyszerű hurka a Nap körül, három test pályájánál csavarodások és kuszálódások vannak. Az új 12.000 felfedezett megoldások is ilyenek: a 3 hipotetikus objektum mozdulatlan állapottal indul és mikor felszabadulnak, a gravitáció különböző spirálokba vonzza őket egymás felé. Aztán eldobódnak egymás mellett, eltávolodnak, majd a vonzás felülkerekedik és összehozza őket, és ez a mintázat ismétlődik újra meg újra. A kutatók ezeket a pályákat szuperszámítógéppel találták és a tanulmány vezetője, Ivan Hristov, a bulgáriai Szófiai Egyetem matematikusa biztos benne, hogy jobb technikával ötször többet találna.
A háromtest-rendszerek meglehetősen gyakoriak az univerzumban: van sok csillagrendszer többes bolygóval, vagy még többes, egymás körül keringő csillag is.

Ha egy bolygó kering egy csillag körül, az nem probléma. De ha kettő, vagy több bolygó kering egy csillag körül, az az asztrofizika egyik legnagyobb problémája. Forrás: https://www.livescience.com/physics-mathematics/mathematicians-find-12000-new-solutions-to-unsolvable-3-body-problem

Elvileg, a csillagászok számára ezek az új megoldások rendkívül értékesnek bizonyulhatnak.
De csak akkor hasznosak, ha stabilak, tehát az orbitális mintázatok ismétlődnek az idővel anélkül, hogy megszakadnának, és az egyik komponens elvetődne az űrbe. Csak mert elvileg stabilak, nem jelenti, hogy ellenállnak a sok más erőnek, amik jelen vannak egy valódi csillagrendszerben.

Juhan Frank, a Louisianai Állami Egyetem csillagásza, aki nem vett részt a munkában, azonban szkeptikus, hogy ezek a pályák stabillá válnak. Valószínűleg sosem fognak teljesülni a természetben. Egy komplex és mégis előre jelezhető orbitális interakció után, az ilyen háromtest-endszerek általában binárissá válnak és egy eszabadul, rendszerint az, amelyik a 3 közül a legkevésbé masszív.
Hristov azonban azt mondja, mindegy, mi a helyzet, ezek a megoldások matematikai csodák.

(Forrás: Live Science: https://www.livescience.com/)