三体问题：Netflix 系列未包含的数学解决方案

n体问题最早是在1889年瑞典国王奥斯卡二世为庆祝他的六十周年诞辰举办的周年纪念竞赛中首次提出的。一个半世纪后，这个问题还没有被解决。得到解决。 没有人指望 Netflix 的剧集将其融入小说中来解决这个问题。 在 Netflix 之前 2004 年，一部名为《La incógnita Newton》的犯罪小说在西班牙出版。 它最初的标题是“三体问题”，其情节围绕三位数学家的神秘死亡展开，他们正在努力寻找著名的 n 体问题的解决方案。 这本由凯瑟琳·肖署名的小说从数学传播的角度来看非常有趣。 第一部小说出版两年后，中国作家刘慈欣的科幻三部曲第一部同名《三体》出版。 他的作品催生了 Netflix 剧集，该剧集有望成为本季最相关的媒体现象之一。 其背后是同样著名的《权力的游戏》的制片人大卫·贝尼奥夫和丹尼尔·布雷特·韦斯。 小说是的，科学不那么重要 该系列和小说的标题暗示了三体世界的行为，三体世界是一颗在三星级系统中运行的神秘行星，它创造了引力混沌，导致了不可预测的极端气候循环。 三体星球（拥有三个太阳）交替经历稳定阶段（生命与地球相似）和混乱地狱季节（几秒钟内温度可能变化数百度，将其变成地狱）。 在小说中，有一款名为《三体》的虚拟现实游戏，它模拟了三体宇宙中发生的具有不稳定引力场的三个物体的行为。 解释它们的行为方式可以解决普遍的气候问题。 但在现实生活中，数学家并没有找到解决问题的方法，该系列有点天真的建议是，电子游戏极客更幸运。 这并不是第一部以科学为牵引力，却没有谈论科学的小说。 如果有人希望找到 n 体问题的答案，他们最好远离。 现在，让我们来看看数学的本质。 三体宇宙问题 该问题包括确定三个物体在相互引力作用下的运动。 三者的运动可以是无序的，也可以是有规律的，最终可能导致系统的解体。 寻找可能的解决方案激发了对数学的一个非常重要的部分——动态系统（混沌理论就是一个例子，在非线性动力学的情况下）的分析和研究，目前在过程中提出了许多悬而未决的问题。 研究。 第一个研究它们的是牛顿。 由于他的定律，给定任何质量的两个物体，受到相互引力的作用，并从给定的位置和速度开始，我们可以在任何时刻确定它们的位置和速度。 如果太阳系由太阳和一颗行星组成，它将遵循椭圆轨道，我们将能够随时确定它的确切位置。 但当系统由两个以上物体组成时，求解运动方程就变得非常复杂。 三颗天体和特洛伊小行星的情况 对于三颗天体，数学家发现了少数特殊情况，其中三个质量的轨道是周期性的。 1765 年，莱昂哈德·欧拉 (Leonhard Euler) 能够用数学描述一个模型，其中三个质量首先排成一条线，然后旋转以保持对齐。 然而，这样一组轨道是不稳定的，在太阳系的任何地方都找不到。 1772 年，约瑟夫·路易斯·拉格朗日确定了一个周期轨道，其中三个质量在等边三角形的顶点处相遇。 在这种情况下，每个质量都以椭圆形运动，使得三个质量形成的三角形始终保持等边。 所谓的木星特洛伊小行星按照这个方案移动。 它们与木星和太阳形成三角形。 截至 2021 年，已发现 9,800 颗不同的木星特洛伊小行星。 后来，亨利·庞加莱（Henri Poincaré）等人证明，通常不可能获得三体问题的通用解（以显式公式表示）。 也就是说，给定随机配置的三个物体，人们无法准确预测它们将遵循哪条轨迹。 八字形轨道 1993年，克里斯托弗·摩尔通过计算机计算发现，三个相同质量的物体可以沿着平面上同一条八字形曲线相互追逐。 2000 年，数学家理查德·蒙哥马利（加州大学圣克鲁斯分校）和阿兰·陈辛纳（巴黎第七大学丹尼斯·狄德罗大学）重新发现了摩尔描述的八字形轨道，并找到了三个物体运动方程的精确解：引力相互作用。 Carlès Simò（巴塞罗那大学）通过计算机模拟证明，八字形轨道是稳定的，即使三个质量不完全相同，它也会持续存在，并且它可以承受小扰动而不会发生严重改变。 太阳系外行星系统 这种三体系统存在于宇宙某处的可能性非常小。 然而，不寻常的太阳系外行星系统的发现开辟了可能发生此类运动的新时空场景。 适用于移动设备、amp 和应用程序的桌面代码图像 移动代码 AMP 代码 APP 代码 三体八字形轨道的存在促使数学家寻找涉及更多质量的类似轨道。 对于 n 个相等质量沿固定平面曲线行进的情况，Simò 已经找到了数百种精确解，尽管它们并不稳定。 三维轨道也已被建模。 这些结构及其周期性轨迹被称为编排。 更多信息 新闻 否 历史上最大的太阳风暴比想象的更强大 新闻 否 第一把剃须刀的起源是什么？ 因此，承认虚构，三体宇宙可能由描述八个轨道的行星组成，但这是 Netflix 剧集不会讲述的内容。 关于作者 Alfonso Jesús Población Sáez 巴利亚多利德大学应用数学系正教授 *** 本文最初发表于《对话》。
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2024-03-31 03:35:17