Ученые объяснили, что такое проблема трех тел

После выхода на Netflix фильма "Проблема трех тел", основанного на известной серии романов Лю Сисина, мы видели, как многие спрашивают, что именно представляет собой проблема трех тел. Итак, присоединяйтесь к нам в путешествии по физике и математике, которая началась в самом начале современной науки и продолжает беспокоить ученых и мыслителей по сей день.

Законы движения Ньютона и его закон всемирного тяготения лежали в основе классической физики и могли объяснить поведение широкого спектра явлений. В частности, с их помощью можно легко описать движение планет вокруг звезды – задачи двух тел, звезды и ее планеты или Земли и Луны.

Эти задачи двух тел можно решить с точностью, дающей большую силу предсказания. Зная начальные условия, мы можем предположить, как система будет эволюционировать в будущем. Теперь добавим третье тело. Вы можете подумать, что это придаст определенные трудности, но она все равно будет решаема, однако реальность, видимо, имеет плохое чувство юмора. Проблема с двумя телами вполне разрешима, но проблема с тремя телами – нет.

Не существует обобщенного решения, позволяющего предусмотреть поведение трех объектов (или частиц, или планет) по законам движения и силы. Можно найти решение для конкретных случаев и некоторых не очень конкретных случаев, но нет способа решить задачу трех тел для всех возможных случаев.

Первоначально вопрос задачи трех тел (а затем и n-тел) касался устойчивости системы Земля-Луна-Солнце и Солнечной системы в целом. Поиск решений привел к появлению новых математических инструментов, таких как теория возмущений для улучшения численного решения, найденного для движения планетных тел.

Это также привело к предсказанию троянских астероидов на орбите Юпитера математиком итальянского происхождения Жозефом-Луи Лагранжем, изучавшим частный случай задачи трех тел.

Хотя задача трех тел с использованием ньютоновской гравитации считается традиционной, ее решают и в квантовой механике. Атом гелия с положительным ядром, вращающимся вокруг двух отрицательных электронов, также является примером задачи трех тел.

И если вам нравится гравитация, но вы предпочитаете превратить свою жизнь в ад, почему бы не попытаться найти решение проблемы трех тел, используя общую теорию относительности? Это пригодится вблизи черных дыр.

Новые решения конкретных задач трех тел находят каждые несколько лет. И никогда не знаешь, понадобится ли оно тебе, чтобы понять смысл загадочной, гиперреалистической видеоигры…