300多年前難倒牛頓的“三體問題”或有解了

劉慈欣科幻小説《三體》讓許多人知道了“三體運動”這個世紀難題。300多年前，艾薩克·牛頓爵士提出了著名的“三體問題”，迄今，這一直是科學界懸而未決的難題之一。一個國際科研團隊在最新一期《自然》雜誌撰文稱，他們朝解決這一難題邁出了關鍵一步：不穩定的三體系統最終會踢出一個，剩下兩個會形成穩定二元關係，可利用傳統方法預測其運動。

300多年前，牛頓提出了著名的運動定律，為我們理解太陽系，乃至一切物體品質與施加於其上的力之間的關係奠定了基礎。在用這些定律描述行星繞太陽如何運動後，牛頓開始思索：如果有第三個天體（如月球）闖入其間會發生什麼呢？實際上，三體方程極難求解。

當兩個（或三個大小和距離差別很大的物體）繞一個中心點旋轉時，用牛頓運動定律很容易計算出它們的運動軌道。但如果這三個物體的大小和與中心點的距離均相當，則“權力的爭奪戰”開始，整個系統陷入混沌。一旦混沌發生，就不可能用常規數學方法研究物體的運動，困擾科學家數百年的“三體問題”由此浮出水面。

現在，以色列希伯來大學天體物理學家尼古拉斯·斯通博士領導的國際團隊稱，他們在解決這一難題方面邁出了一大步。

斯通團隊的研究基於過去幾百年的天文發現。這些發現指出，不穩定的三體系統最終會摒棄其一，剩餘兩者會形成穩定的二元關係，這一穩定關係正是他們此次的研究重點。

斯通團隊沒有將系統的混沌行為視為障礙，相反，他們使用傳統數學方法預測行星的運動。斯通説：“我們將預測結果與電腦生成的實際運動模型進行比較，發現預測值非常準確。”

斯通強調，這一發現並非三體問題的嚴格解，但統計解依然非常有用。他解釋説：“以三個彼此繞行的黑洞為例，三個黑洞在一起，其軌道必然變得不穩定。但即便其中一個黑洞被踢出去，我們仍對剩下兩個黑洞間的關係非常感興趣。”

研究人員稱，這種預測新軌道的能力對我們理解這些天體，以及任何三體問題中“倖存者”在新穩定狀態下的行為至關重要。