| 借鉴/启示/前瞻/趋势 | 演讲全文 | 著名签名档 | 思考平台 | 全排行榜 | 求同存异 | 现象/性质/特征/效应 | 名言名句 | 打破惯例/改变认识/观念更新 |
您当前的位置:首页 > 启迪思维 > 打破惯例/改变认识/观念更新

三体问题新突破:物理学家发现了世纪谜题的新解

时间:2013-05-03 04:32:28  来源:  作者:

这是那种让科学家在晚上睡不着觉的深奥迷题:如何预测三个物体相互环绕着的运动类型?在“三体问题”被提出的三百年来,仅仅三种类型的解被发现。现在,两个物理学家发现了13类新解。这确实是数学物理学界的一个壮举,并确信会助于天体物理学家理解新的行星系。
这是那种让科学家在晚上睡不着觉的深奥迷题:如何预测三个物体相互环绕着的运动类型?在“三体问题”被提出的三百年来,仅仅三种类型的解被发现。现在,两个物理学家发现了13类新解。这确实是数学物理学界的一个壮举,并确信会助于天体物理学家理解新的行星系。

新解的发现让研究员们兴奋起来,“我喜欢这些东西,实际上我整晚都想着这个工作。”普利斯顿大学没有参加这个工作的数学家罗伯特.范德比尔特说。

三体问题可以归溯到十七世纪八十年代。艾萨克.牛顿证明了靠重力吸引在一起的两个物体(如恒星和行星)的轨道,这个轨道通常是椭圆,可以精确的被万有引力定律预测。但是,牛顿却解决不了与之类似的三体运动轨道。在之后的两个世纪,科学家做了各种尝试,直到德国数学家海因里希.布鲁斯指出不可能找到三体问题的一般解,只可能找到特殊解(特定条件下的特殊轨道)。到现在,我们知道三体运动一般是非重复性的。

但是特殊解也很难得到。著名数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日和莱昂哈德·欧拉在十八世纪提出了一些解,但是直到二十世纪七十年代,美国数学家罗杰.布鲁克和法国天文学家米歇尔.埃龙才在现代计算的帮助下找到了一些新解。到目前为止,特殊解可以分为三种类型:拉格朗日-欧拉型,布鲁克-埃龙型和八字型,八字型是物理学家克里斯多佛.摩尔1993年在圣.塔菲研究所发现的。

八字型之所以这样命名是因为它描述的是三个物体在八字形的轨道中相互追赶的情况。拉格朗日-欧拉型相对简单,三个等距的物体在圆形轨道中旋转,和旋转木马一样。布鲁克.埃龙型是最复杂的,两个物体在里层来返往复,第三个物体在外层旋转。

加上由贝尔格莱德物理学研究院的物理学家密洛凡.萨瓦洛夫和韦利科.德米特拉希诺维奇发现的新的13种类型,现在类型总数达到了16种。“这些结果很漂亮,展示的也很好。” 圣克鲁兹加州大学没有参加这个工作的数学家理查德.蒙哥马利说。

找到任何一类解都面临重重困难。三个物体在空间种有无数种方式陈列。必须要找到合适的初始条件(如起始点,速度等),才可以让体系重新回到起点重复运转。萨瓦诺夫和德米特拉希诺维奇在其发表于《物理评论快报》上的文章中称,其使用的方法是在计算机模拟中从一个现有类型出发,修改其初始条件直到新的类型出现。“当我们发现这些类型时,震惊的发现我们做的是很简单的事,你也可以做,我们更震惊的是这些类型之前没有被发现。”

面对如此多的新解,这两位贝尔格莱德的物理学家发明了一种新的分类方法。他们使用了一个称为“形状-球体”的抽象空间,用物体之间的相对距离来描述轨道的形状。围绕球体赤道的三个点标记了两个粒子可能碰撞的位置,在球上画出的一条线避开这三个点的线,这条线用来映射物体间相互靠近的程度。在“形状-球体”空间中最简单的解就是拉格朗日-欧拉类型,它是一个奇点,因为三个物体在实空间中维持恒定的相对距离。

但其它的解就相对更复杂,这两位研究人员发现的“纱线”类型在“形状-球体”空间中看起来像一个纱线球,它在实空间中的轨道看起来更复杂,像一大团意大利式细面条。基于它们的“形状-球体”空间,萨瓦诺夫和德米特拉希诺维奇把包括之前发现的三种在内的轨道分成16种类型。根据对于形状的对称性和其他性质,这些类型又被进一步分为四大类。第一大类包含了之前发现的三种类型。

贝尔格莱德的两位物理学家下一步的工作是研究其中多少种类型是稳定的,也就是在被微微扰动一下之后还能维持在原有轨道上。如果其中的一些解是稳定的,那么就可能在真实环境中看到它们。现在在宇宙空间中观察到的,唯一被广为接受的三体解类型是由太阳,木星及木星附近的特洛伊小行星组成的一个拉格朗日-欧拉型圆环。但是如果我们看看太阳系以外的星体的情况,那么我们可能看到新的,更复杂的类型。比如一个像一堆意大利式细面条的太阳系。

”观测天文学发展的很快,但是观察到其中的一种类型依然十分困难,这需要一些时间,我确信明天不会发生。“德米特拉希诺维奇说。
 

来顶一下
返回首页
返回首页
发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表
推荐资讯
相关文章
栏目更新
栏目热门