
火箭發射。我們最近的恆星鄰居。 Netflix表演。所有這些事情都有一些共同點:它們必須與“三體問題”抗衡。但是,這種棘手的物理難題是什麼?
三體問題描述了一個包含三個屍體的系統重力力量彼此。雖然聽起來很簡單,但這是一個棘手的問題,也是“牛頓的第一個真正的憂慮”,比利·誇爾斯佐治亞州瓦爾多斯塔州立大學的行星動力學家告訴《現場科學》。
在一個只有兩個屍體的系統中,例如行星和一個星星,計算它們如何相互移動的方式相當簡單:大多數情況下,這兩個對像大致在圍繞質量中心的圓圈中大致繞著圓圈繞,他們每次都會回到他們開始的地方。但是,添加第三個身體,就像另一個恆星一樣,事情變得更加複雜。第三個身體吸引了兩個互相旋轉,將它們從可預測的道路上拉出。
這三個物體的運動取決於它們的起始狀態 - 其位置,速度和質量。即使這些變量中的一個變化,則結果運動可能完全不同。
“我認為這就好像您在山脊上行走一樣,”Shane Ross弗吉尼亞理工大學的應用數學家告訴《現場科學》。 “有了一個小的變化,您可以落在右邊,也可以落在左邊。這是兩個非常緊密的初始位置,它們可能導致非常不同的狀態。”
羅斯說,對身體的動作沒有足夠的限制來解決方程式的三體問題。
有關的:宇宙的“超級味”可能正在將整個星系扔到混亂中,理論研究提示
但是發現了三體問題的一些解決方案。例如,如果起始條件恰到好處,則三個相等質量的物體可以以人物八模式相互追逐。但是,當涉及太空中的真實係統時,這種整潔的解決方案是例外。
某些條件可以使三體問題更容易解析。考慮tatooine,盧克·天行者(Luke Skywalker)在“星球大戰”(Star Wars)的虛構家庭世界中,一個旋轉兩個太陽的行星。這兩顆星和地球構成了三體系統。但是,如果地球已經足夠遠,並將兩個星星繞在一起,則可以簡化問題。
Quarles說:“當這是塔圖因(Tatooine)案件時,只要您距離中央二進制方面足夠遠,那麼您就會將這個物體視為一個非常胖的明星。”該星球不會在恆星上施加太多力,因為它的質量要少得多,因此系統變得類似於更容易解決的兩體問題。到目前為止,科學家發現了十幾個類似tatooine的系外行星,Quarle告訴Live Science。
但是通常,這三個屍體的軌道永遠不會真正穩定,三體問題被爆炸“解決”。引力可能會導致三個屍體中的兩個碰撞,或者他們可以永遠將其中一個屍體逃出系統 - 可能的來源“流氓行星”不會繞任何恆星繞,Quarles說。實際上,三體混亂可能在太空中如此普遍,以至於科學家估計可能有流氓星球的20倍由於我們的銀河系中有星星。
當其他所有問題失敗時,科學家可以使用計算機近似於單個三體系統中的身體運動。這使得可以預測火箭在圍繞地球軌道上發射的運動,或者預測具有多顆恆星的系統中行星的命運。
隨著所有這些動力,您可能會想知道是否可以像Netflix的“ 3人體問題”那樣在一個星球上生存,哪個是擾流板警報 - 被困在一個混亂的軌道中,圍繞著三星星Alpha Centauri系統, 我們的太陽系最近的鄰居。
羅斯說:“我認為在這種情況下,這是一個穩定的生活環境。”這是表演的一個方面,它堅定不移,在科幻小說領域。