يقوم الفيزيائيون بحل مشكلة الأجسام الثلاثة غير القابلة للحل باستخدام مشي السكير

بالعربي/ لقد ابتليت به العلماء منذ أيام إسحاق نيوتن.

قال باحثان إسرائيليان إن مشكلة فيزيائية ابتليت بها العلم منذ أيام إسحاق نيوتن أقرب إلى الحل. استخدم الثنائي “مشية السكير” لحساب نتيجة رقصة كونية بين ثلاثة أجسام ضخمة ، أو ما يسمى بمشكلة الأجسام الثلاثة.

بالنسبة للفيزيائيين ، فإن التنبؤ بحركة جسمين كبيرين ، مثل زوج من النجوم ، هو قطعة من الكعكة. ولكن عندما يدخل كائن ثالث في الصورة ، تصبح المشكلة غير قابلة للحل. ذلك لأنه عندما يقترب جسمان هائلان من بعضهما البعض ، فإن جاذبيتهما تؤثر على المسارات التي يسلكانها بطريقة يمكن وصفها بواسطة عملية رياضية بسيطةمعادلة. لكن إضافة كائن ثالث ليس بهذه البساطة: فجأة ، تصبح التفاعلات بين الكائنات الثلاثة فوضوية. بدلاً من اتباع مسار يمكن التنبؤ به محدد بواسطة صيغة رياضية ، يصبح سلوك الكائنات الثلاثة حساسًا لما يسميه العلماء “الظروف الأولية” – أي بغض النظر عن السرعة والموقع الذي كانوا فيه سابقًا. أي اختلاف طفيف في تلك الظروف الأولية يغير سلوكهم المستقبلي بشكل جذري ، ولأن هناك دائمًا بعض عدم اليقين فيما نعرفه عن تلك الظروف ، من المستحيل حساب سلوكهم بعيدًا في المستقبل. في أحد السيناريوهات ، قد يدور جسمان عن بعضهما البعض بشكل وثيق بينما يتم دفع الجسم الثالث في مدار عريض ؛ في كائن آخر ، قد يتم إخراج الكائن الثالث من الاثنين الآخرين ، ولن يعود أبدًا ، وما إلى ذلك.أغلق0 seconds of 1 minute, 43 secondsالحجم 0٪تشغيل الصوت

في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Physical Review X ، استخدم العلماء عدم القدرة على التنبؤ المحبط لمشكلة الأجسام الثلاثة لصالحهم. 

قال يوناداف باري جينات ، طالب الدكتوراه في معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا والذي شارك في تأليف البحث مع حاجي بيريتس ، عالم فيزياء في نفس الجامعة. “لكن هذا لا يعني أننا لا نستطيع حساب الاحتمالية لكل نتيجة.”

للقيام بذلك ، اعتمدوا على نظرية المشي العشوائي – المعروفة أيضًا باسم “مسيرة السكير”. الفكرة هي أن السكير يسير في اتجاهات عشوائية ، مع نفس فرصة اتخاذ خطوة إلى اليمين مثل اتخاذ خطوة إلى اليسار. إذا كنت تعرف هذه الفرص ، يمكنك حساب احتمال انتهاء السكير في أي مكان في وقت لاحق. 

لذلك في الدراسة الجديدة ، بحث جينات وبيريتس في أنظمة مكونة من ثلاثة أجسام ، حيث يقترب الجسم الثالث من زوج من الأجسام في المدار. في حلهم ، تتوافق كل خطوة من “خطوات” السكير مع سرعة الجسم الثالث بالنسبة إلى الاثنين الآخرين. 

“يمكن للمرء أن يحسب الاحتمالات لكل من هذه السرعات الممكنة للجسم الثالث ، وبعد ذلك يمكنك تكوين كل هذه الخطوات وكل تلك الاحتمالات للعثور على الاحتمال النهائي لما سيحدث لنظام الأجسام الثلاثة في فترة طويلة الوقت من الآن ، “وهذا يعني ما إذا كان الجسم الثالث سيُطرح للأبد ، أو ما إذا كان سيعود ، على سبيل المثال ، كما قال جينات. المحتوى ذي الصلة

لكن حل العلماء يذهب إلى أبعد من ذلك. في معظم عمليات محاكاة مشكلة الأجسام الثلاثة ، يتم التعامل مع الكائنات الثلاثة على أنها ما يسمى بالجسيمات المثالية ، مع عدم وجود خصائص داخلية في اللعب. لكن النجوم والكواكب تتفاعل بطرق أكثر تعقيدًا: فكر فقط في الطريقة التي تسحب بها جاذبية القمر الأرض لإنتاج المد والجزر. تسرق قوى المد والجزر بعض الطاقة من التفاعل بين الجسمين ، وهذا يغير الطريقة التي يتحرك بها كل جسم. الإعلانات

نظرًا لأن هذا الحل يحسب احتمالية كل “خطوة” في التفاعل ثلاثي الأجسام ، فيمكنه حساب هذه القوى الإضافية لحساب النتيجة بدقة أكبر.

هذه خطوة كبيرة إلى الأمام بالنسبة لمشكلة الأجسام الثلاثة ، لكن جينات تقول إنها بالتأكيد ليست النهاية. يأمل الباحثون الآن في معرفة ما يحدث عندما تكون الأجسام الثلاثة في تكوينات خاصة – على سبيل المثال ، الثلاثة على مستوى مستو. التحدي الآخر هو معرفة ما إذا كان بإمكانهم تعميم هذه الأفكار على أربع هيئات.

قال جينات “مازال هناك عدد غير قليل من الأسئلة المفتوحة”. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com