Американские астрофизики Николас Стоун и Натан Ли создали математическую модель, которая способна предсказать движение трех объектов относительно друг друга в нестабильной системе. Таким образом, ученые приблизились к точному решению задачи трех тел, сформулированной еще в XVII веке. Статья об этом опубликована в журнале Nature.
Первая формулировка задачи трех тел впервые была опубликована Исааком Ньютоном в фундаментальной работе «Математические начала натуральной философии». На первый взгляд, в ней нет ничего сложного: необходимо определить траектории трех объектов, которые взаимно притягиваются по закону Ньютона.
Примером таких объектов могут служить Земля, Луна и Солнце. Однако задача трех тел аналитических решений не имеет: систему уравнений, которые ее описывают, нельзя свести к интегрируемой.
Но все не так уж безнадежно: на сегодня известны 255 частных решений проблемы для определенных скоростей и координат тел, 234 из них были получены с помощью суперкомпьютера в 2018 году.
Стоун и Ли в своей работе отталкивались от предположения, что в нестабильных системах из трех тел одно рано или поздно вытесняется под воздействием двух других. За счет этого между двумя оставшимися объектами в системе устанавливается прочная гравитационная связь.
Хотя математическая модель, разработанная учеными, не дает решения проблемы трех тел в виде конечных выражений, однако те частные решения, которые можно найти с ее помощью, чрезвычайно важны для понимания астрофизических процессов.
«Представим три черные дыры, вращающиеся друг вокруг друга, — приводит пример Николас Стоун. — Их орбиты непременно дестабилизируются со временем, и даже когда одна из дыр будет отброшена за пределы гравитационного воздействия двух других, нам все равно будет интересно знать, в каком состоянии находится система. Способность предсказывать новые орбиты чрезвычайно важна для понимания взаимодействий и движения небесных тел в космическом пространстве».