Недавние события в академических кругах ознаменовались значительным продвижением в области фундаментальной физики и математики, касающейся задачи трёх тел. Алессандро Альберто Трани, исследователь Копенгагенского университета из Института Нильса Бора, сделал открытие, потенциально изменяющее наше понимание гравитационных взаимодействий и других ключевых аспектов устройства Вселенной.
Задача трёх тел, впервые сформулированная Исааком Ньютоном, анализирует движение трёх отдельных масс, которые взаимодействуют друг с другом через гравитацию. Если поведение двух объектов можно предсказать, то добавление третьего объекта превращает систему в хаотичное явление, сложное для анализа. Однако свежие исследования выявили определённые закономерности даже в этом хаосе.
«Одной из самых известных сложных задач в математике и теоретической физике является задача трёх тел. Теоретические модели указывают на хаотичное развитие взаимодействий между тремя объектами, полностью разрывающееся с первоначальным состоянием», — объясняет Алессандро Альберто Трани. Тем не менее, его исследовательская группа обнаружила, что в этом хаосе существуют «островки регулярности», которые зависят от изначальной конфигурации объектов и их скорости сближения.
Трани использовал программу Tsunami, разработанную для моделирования движения астрономических тел с учётом законов природы, таких как гравитация по Ньютону и общая теория относительности Эйнштейна. Программа провела миллионы симуляций столкновений трёх тел в рамках заданных параметров. Исходные параметры включали взаимное расположение двух объектов на их орбите и угол подхода третьего объекта.
Эти симуляции позволили создать детальную карту всех исходов, где были выявлены «острова регулярности». Как правило, объект с меньшей массой был тем, который выходил из системы после взаимодействия. «Если бы задача трёх тел была исключительно хаотичной, мы бы видели хаотическую смесь точек без различий. Однако из этого хаоса проявляются предсказуемые «острова», где система действует предсказуемо, что ведёт к однородным результатам», — поясняет Трани.
Это открытие открывает новые горизонты для понимания гравитационных волн, испускаемых чёрными дырами и другими массивными объектами. «Для понимания гравитационных волн, создаваемых встречей и слиянием чёрных дыр, критически важно разбираться в их взаимодействии. Колоссальные силы вступают в игру, особенно когда в систему вовлечены три объекта. Наше знание их встреч может стать ключом к пониманию таких явлений, как гравитационные волны и другие фундаментальные загадки Вселенной», — отметил исследователь.
Несмотря на огромный потенциал, это открытие также ставит перед учёными задачи. Хаос легко поддаётся анализу с помощью статистических методов, но в случае появления регулярных паттернов расчёты становятся более сложными. «Когда области на карте исходов внезапно проявляют регулярность, это нарушает статистические методы, делая прогнозы менее точными. Теперь нашей целью является объединение статистических методов с численными алгоритмами для достижения точности в изучении регулярных паттернов», — добавил Трани.
Работа Трани и его коллег означает не только возвращение к корням задачи, но и перспективы для нового уровня понимания Вселенной в перспективе.
Источник: iXBT
