Изминаха почти 350 години, откакто сър Исак Нютон формулира законите на движението:
Всяко тяло запазва състоянието си на покой или на равномерно и праволинейно движение дотогава, докато външна сила не го изведе от това състояние.
Сила, действаща на системата отвън, води до ускорение на системата F = m.a
Всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие.
Тези закони поставиха основата на научното разбиране за нашата слънчева система. Но новаторската работа на Нютон също създаде задачата с три (или n в общия случай) тела, която притеснява учените от векове.
След като използва законите на движението, за да опише как планетата Земя обикаля около Слънцето, Нютон предполага, че тези закони ще ни помогнат да изчислим какво ще се случи, ако се добави трето небесно тяло, например Луната. В действителност обаче уравненията с три тела стават много по-трудни за разрешаване.
Дясно: Две тела с малка разлика в масата орбитират около общ барицентър. Размерите и този тип орбита са подобни на тези в системите Плутон-Харон (където барицентърът е външен за двете тела) и Земя-Луна (където барицентърът се намира в по-голямото тяло).
В класическата механика, задачата с две тела се използва за определяне на движението на две точкови частици, които си взаимодействат само помежду си. Като пример за това може да се отбележи спътник, обикалящ около планета, планета, обикаляща около звезда, две звезди, обикалящи една около друга (двойна звезда), и класически електрон, обикалящ около атомно ядро (макар за да се реши последната задача правилно е нужен подхода на квантовата механика).
Задачата с две тела може да бъде формулирана като две отделни задачи с по едно тяло - една тривиална и една включваща решаване по отношение на движението на частица при наличието на външен потенциал. Тъй като много задачи с едно тяло могат да се решат с точност, съответно и задачата с две тела също може да бъде решена. За разлика от нея, задачата с три тела (и по-общо, задачата с n на брой тела) не може да бъде решена по отношение на първите интеграли, освен в частни случаи. (wikipedia)
Сега международен екип, воден от астрофизика д-р Николас Стоун от Еврейския университет в Йерусалимския физически институт в Рака, направи голяма крачка напред в решаването на тази главоблъсканица. Техните открития са публикувани в последното издание на Nature.
Стоун и професор Нейтън Лей от чилийския La Universidad de Concepción разчитат на откритията от последните два века, а именно, че нестабилните системи с три тела в крайна сметка ще изтласкат едно от триото и ще образуват стабилна бинарна връзка между двете останали тела. Тази връзка е в центъра на изследването им.
Вместо да приемат хаотичното поведение на системите като пречка, изследователите използват традиционната математика, за да предскажат движението на планетите. "Когато сравнихме нашите прогнози с генерираните от компютър модели на действителните им движения, открихме висока степен на точност", казва Стоун.
Изследователите подчертават, че техните открития не представляват точно решение на проблема с три тела, но статистическите решения все още са изключително полезни, тъй като позволяват на физиците да визуализират сложни процеси.
"Вземете три черни дупки, които се въртят около една друга. Орбитите им непременно ще станат нестабилни и дори след като една от тях бъде изхвърлена, все още сме много заинтересовани от връзката между оцелелите черни дупки", обяснява Стоун.
A statistical solution to the chaotic, non-hierarchical three-body problem, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1833-8, https://nature.com/articles/s41586-019-1833-8
