困扰科学家300多年的“三体问题”有望解决了？(2)

为什么“三体问题”周期轨道如此难找？

　　编辑：姜澎

自牛顿提出“三体问题”300余年（1687至1993年），科学家仅仅发现“三体问题”的三类周期轨道。

“三体问题”的解决，本质上依赖高性能计算机和数学方法。廖世俊等基于CNS和机器学习提出求解“三体问题”周期轨道之路线图，将计算效率提高了几个数量级，为获得“三体问题”海量的、精确的周期轨道铺平了道路。“三体问题”周期轨道的求解，证实了CNS求解复杂混沌问题的有效性和潜力。理论上，CNS可应用于N体问题周期轨道的求解以及湍流研究等，为星系演化、复杂湍流的精确数值模拟等提供了一个全新的研究工具。

CNS能将数值误差降到任意小，从而可获得混沌系统足够长时间内收敛的数值解，在理论上为准确获得“三体问题”的周期轨道铺平了道路。

任意不等质量的三体系统之周期轨道的获取更为困难。2021年廖世俊与暨南大学李晓明等合作，以一个已知的、具有相同质量的三体系统周期轨道为基础，成功应用CNS获得该三体系统任意不等质量的个周期轨道，将“三体问题”周期轨道数量增加了几个数量级，证实了CNS求解任意质量“三体问题”周期轨道（特别是长周期轨道）的有效性。值得指出的是，这个周期轨道很多是稳定的，其质量范围与2019年诺贝尔物理奖获得者麦耶（Michel Mayor）和奎洛兹（Didier Queloz）所发现的太阳系外第一个环绕类太阳恒星的行星相近，因此，这些周期轨道很有可能在宇宙中确实存在，今后有可能被观测到。

基于CNS，2017年廖世俊团队成功获得等质量的“三体问题”695类周期轨道；2018年廖世俊团队与上海交通大学物理和天文学院景益鹏院士合作，应用CNS进一步成功获得两个质量相等的三体系统1349类全新的周期轨道。

这种轨迹对微小扰动的敏感性，1963年被美国科学家劳伦茨再次发现，并提出著名的“蝴蝶效应”：北美洲的一个飓风，很可能是几周前远在南美洲的一只蝴蝶扇了几下翅膀所引发的！这种敏感特性的发现标志着混沌动力学的诞生，它与量子力学、相对论被认为是20世纪最伟大的三大物理理论之一。

文章来源：《上海交通大学学报》 网址: http://www.shjtdxxb.cn/zonghexinwen/2022/0621/1183.html