在著名的混沌三體問題中發現了規律性“島嶼”

當三個巨大物體在太空相遇時，它們會透過重力以不可預測的方式相互影響。一句話：混亂。這是傳統的理解。現在，哥本哈根大學的一位研究人員發現，這種遭遇通常會避免混亂，而是遵循規則的模式，其中一個物體很快就會被從系統中驅逐出去。這種新的見解可能對我們理解重力波和宇宙的許多其他方面至關重要。

目前 Netflix 上最受歡迎的節目之一是科幻影集《三體》。本劇改編自劉慈欣的中國小說系列，涉及一系列人物、時間段，甚至外星訪客。但核心前提涉及一個恆星系統，其中三顆恆星相互吸引。

自從「萬有引力之父」艾薩克牛頓首次描述這種由三個物體相互影響的引力系統以來，它就一直令科學家們著迷。雖然在太空中相遇的兩個物體之間的相互作用是可以預測的，但第三個巨大物體的引入使得三元相遇不僅複雜，而且混亂。

「三體問題是數學和理論物理中最著名的無法解決的問題之一。該理論指出，當三個物體相遇時，它們的相互作用會混亂地演變，沒有規律性，並且完全脫離起點，」亞歷山德羅·阿爾貝托·特拉尼解釋。

「但我們數以百萬計的模擬表明，這種混亂中存在間隙——『規則島』——這直接取決於三個物體相遇時相對於彼此的定位方式，以及它們的速度和接近角度。 」

特拉尼希望這項發現將為改進天文物理模型鋪平道路，因為三體問題不僅僅是一個理論上的挑戰。宇宙中三個物體的相遇是常見的現象，其理解至關重要。該研究是發表在日記中天文學與天文物理學。

「如果我們要了解從黑洞和其他運動中的大質量物體發出的引力波，重力波之間的相互作用因為它們的相遇和融合是至關重要的。巨大的力量在發揮作用，尤其是當他們三個相遇時。因此，我們對此類遭遇的理解可能是理解諸如以下現象的關鍵：、引力本身以及宇宙的許多其他基本奧秘，」研究人員說。

模擬海嘯

為了研究這一現象，特拉尼編寫了自己的軟體程式“海嘯”，該程式可以根據我們對自然定律（例如牛頓引力和愛因斯坦廣義相對論）的了解來計算天體的運動。特拉尼將其設定為在某些定義的參數內運行數百萬次三體相遇模擬。

模擬的初始參數是兩個物體在其共同軌道上的位置，即它們沿著 360 度軸的相位。然後，第三個物體的接近角度變化了 90 度。

數以百萬計的模擬分佈在該框架內的各種可能的組合中。總體而言，結果形成了所有可想像結果的粗略地圖，就像由初始配置的線編織而成的巨大掛毯。這就是規律島嶼出現的地方。

顏色代表遭遇後最終從系統彈出的物件。在大多數情況下，這是質量最小的物體。

「如果三體問題純粹是混亂的，我們只會看到無法區分的點的混亂組合，所有三種結果混合在一起，沒有任何明顯的順序。相反，規則的'島嶼'從這片混亂的海洋中出現，系統的行為是可預測的，導致統一的結果？

前進兩步，後退一步

這項發現為更深入地理解原本不可能的現象帶來了巨大希望。然而，從短期來看，這對研究人員來說是一個挑戰。純粹的混沌是他們已經知道如何使用統計方法進行計算的東西，但是當混沌被規律性打斷時，計算就會變得更加複雜。

「當這張可能結果圖中的某些區域突然變得有規律時，它就會脫離統計機率計算，從而導致預測不準確。我們現在的挑戰是學習如何將統計方法與所謂的數值計算相結合，當系統運作正常，」特拉尼說。

「從這個意義上說，我的結果讓我們回到了原點，但同時，從長遠來看，它們為全新的理解水平帶來了希望，」他說。