لقد حصلنا للتو على 12000 حل جديد لمشكلة الأجسام الثلاثة سيئة السمعة

في عام 1687، صاغ إسحاق نيوتن قوانينه للحركة والجاذبية العالمية، حيث سلط الضوء على حركة النجوم والأقمار والكواكب البعيدة.

وبضربة ريشة، أثار عمل نيوتن الرائد أيضًا بحثًا دام قرونًا عن حلول رياضية لكبح جماح الأنظمة الثلاثية الفوضوية، مثل الشمس والقمر والأرض، والتي لا يزال الباحثون في حيرة من أمرهم حتى يومنا هذا.

يعد إيفان خريستوف من جامعة صوفيا في بلغاريا وزملاؤه أحدث الباحثين في سلسلة طويلة من علماء الفلك والرياضيات، الذين يحاولون منذ أيام نيوتن إيجاد حلول لشرح كيفية بقاء ثلاثة أجرام سماوية مقفلة في رقصة مستقرة، تتقاذف بعضها البعض تحت قوى الجاذبية المتبادلة دون الاصطدام أو الانطلاق إلى الفضاء.

المعضلة تسمى مشكلة ثلاثة أجسامويمتد إلى أي ثلاثي من الأجسام المتشابكة في الجاذبية. سيسمح الحل لعلماء الفلك برسم الحركات المتوقعة لهذه الأجسام بالنظر إلى مواقعها وسرعاتها الأولية.

قد يبدو الأمر بسيطًا، لكن رمي جسم ثالث في نظام مكون من جسمين يجعل توقع تلك الحركات أكثر صعوبة. أجهزة الكمبيوتر العملاقة وقد ساعدت الشبكات العصبية بالتأكيد.

الآن، أبلغ خريستوف وزملاؤه عن 12409 نمطًا مداريًا لأنظمة ثلاثية الأجسام تعمل ضمن حدود قوانين نيوتن، ولها ثلاث كتل متساوية. إنه عدد مذهل من الحلول التي لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء، ولكن مع ذلك ينبغي أن تولد بعض المناقشات الصحية.

لم يتم العثور على حل شامل وشامل لمشكلة الأجسام الثلاثة؛ تؤدي معظم الأنظمة إلى حركة فوضوية يصعب التنبؤ بها.

ولكن، مثل هذه الدراسة الأخيرة، تم اكتشاف مجموعة من الحلول لحالات خاصة، عندما يعمل النظام في ظل ظروف معينة. ومع ذلك، بعضها أكثر صلة بعلم الفلك العملي من غيرها.

هذه الدفعة الأخيرة من الحلول مخصصة للأنظمة التي تكون فيها الأجسام الثلاثة ثابتة في البداية، قبل “الوقوع” في براثن جاذبية بعضها البعض. لذلك، في حين أن الحلول قد ترضي علماء الرياضيات الفضوليين، إلا أنها ربما تحتوي على عدد قليل من التطبيقات في العالم الحقيقي.

“معظم، إن لم يكن كل شيء، يتطلب مثل هذه الظروف الأولية الدقيقة التي ربما لا تتحقق أبدا في الطبيعة،” عالم الفيزياء في جامعة ولاية لويزيانا يوهان فرانك أخبر الصحفي ماثيو سباركس ل عالم جديد.

ومع ذلك، استخدم خريستوف وزملاؤه حاسوبًا فائقًا للبناء على أعمال سابقة، تم نشره في عام 2019، التي وجدت أكثر من 300 عائلة جديدة من المدارات الدورية لمشكلة الأجسام الثلاثة السقوط الحر، على وجه التحديد.

وفقا لكريستوف وزملائه“لقد ترك هذا العمل الكثير مما هو مرغوب فيه” ولذلك سعوا إلى حل نقاط الخلاف الرياضي، وهي أن الأجسام في أنظمة السقوط الحر لا تقع في مدارات مغلقة وملتفة ولكنها تتأرجح عبر مسارات مفتوحة. ومع ذلك، يختلف عمل خريستوف وزملاؤه، لأنه يأخذ في الاعتبار ثلاثة أجسام ذات كتلة متساوية، وليست عشوائية.

مدارات السقوط الحر “قد تكون ذات أهمية فلكية”، كما يقول خريستوف وزملاؤه يكتب. على الرغم من أن ذلك يعتمد على مدى استقرار الحلول الجديدة عند أخذ تأثير الأجسام البعيدة أو الرياح الشمسية في الاعتبار.

يقول فرانك إن أنظمة الأجسام الثلاثة تميل إلى الانهيار، حيث يتحد جسمان في نظام ثنائي ويخرجان الكتلة الثالثة.

في الوقت الحالي، على الأقل خريستوف عادل الاحتفال في جمال المدارات المتوقعة. “مستقرة أو غير مستقرة – فهي ذات أهمية نظرية كبيرة”. أخبر الشرر. “لديهم بنية مكانية وزمانية جميلة جدًا.”

لقد كانت الدراسة تم النشر على arXiv قبل مراجعة الأقران.