Большая проблема для физиков: что такое задача трех тел и можно ли ее вообще решить

Задачу трех тел, настоящую головную боль для физиков, очень сложно решить. В этом году внимание к этой физической головоломке привлек фантастический сериал с одноименным названием от Netflix. Но что из себя представляет задача трех тел и неужели ее невозможно решить? Об этом пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Задача трех тел – что это?

Задача трех тел описывает систему, состоящую из трех тел, которые оказывают гравитационное влияние друг на друга. По словам Билла Куорзла из Университет Валдоста, штат Джорджия, США, несмотря на столько простое описание уже несколько столетий эта задача является большой проблемой для физиков.

Если система состоит из двух тел, например, звезды и планеты, то вычислить, как они будут двигаться друг вокруг друга, достаточно просто. Больше всего времени эти объекты будут вращаться примерно по кругу вокруг своего центра масс и каждый раз будут возвращаться к тому, с чего началось движение. Если в систему добавить третье тело, например, вторую звезду, то ситуация станет сложнее. Третий объект будет оказывать гравитационное влияние, по сути притягивать их, на два вращающихся вокруг друг друга объекта. В этом случае их орбиты оказываются непредсказуемыми.

Движение трех тел зависит от их исходного состояния, то есть положения в пространстве, скорости движения и массы объектов. Если один из этих параметров изменить, то движение в результате может быть совершенно другим.

Шейн Росс из Технологического института штата Вирджиния, США, сравнивает подобную ситуацию с перемещением человека по вершине горного хребта. Одно небольшое изменение может привести к падению либо вправо, либо влево. По словам Росса, ограничений на движение тел недостаточно для решения задачи трех тел с помощью уравнений.

Возможные решения задачи трех тел

Но некоторые решения задачи трех тел были найдены. Например, если начальные условия подходящие, три тела с одинаковой массой могут преследовать друг друга по схеме восьмерки. Но такое решение является исключением, когда речь идет о реальных системах в космосе.

Определенные условия могут облегчить анализ задачи трех тел. Например, представьте себе планету, которая вращается вокруг двух звезд. В данном случае мы имеет систему из трех тел. Если планета находится далеко от звезд и вращается вокруг обеих звезд одновременно, то это упрощает задачу.

По словам Куорзла, в данном случае планета вращается кажется вокруг одной, но огромной звезды. Планета не может оказать сильного гравитационного влияния на две звезды, ведь у нее недостаточно массы. Поэтому данная система становиться похожей на систему из двух тел, а значит решить задачу легче. На сегодняшний день астрономы уже обнаружили более 10 подобных планет за пределами Солнечной системы.

Но часто орбиты трех тел никогда по-настоящему не стабилизируются, и задачу трех тел решить невозможно. Гравитационное влияние может привести к столкновению двух из трех тел системы или же навсегда выбросить планету из этой системы. Именно так, могут возникать так называемые свободно плавающие планеты, которые наполняют космос и не вращаются вокруг ни одной звезды.

Иногда для решения проблемы с системой трех тел ученые используют компьютерное моделирование, чтобы примерно показать движение тел в отдельной системе из трех тел. Это позволяет предсказать движение ракеты-носителя, которая запущена на орбиту Земли или предсказать судьбу планеты в системе с несколькими звездами.

Сериал от Netflix: чего не может быть?

При этом может возникнуть вопрос: возможна ли жизнь на планете, которая была показана в сериале "Задача трех тел", которая вращается по хаотичной орбите вокруг трех звезд в системе Альфа Центавра? Это самая близкая к нам звездная система. По словам Росса, на такой планете вряд ли существует стабильная среда для развития жизни. Поэтому данный аспект сериала точно относится к научной фантастике.

Как уже писал Фокус, недавно возле Земли было замечено противоречащее физике явление. При сближении с нашей планетой у зеленой кометы вырос второй хвост.

Также Фокус писал о том, что несмотря на предположения физиков, неуловимая темная материя ведет себя не так, как предполагается. На это указывают результаты недавнего исследования.