当三个大型天体在太空中相互作用时，它们的引力会以看似随机和不可预测的方式相互影响。这种现象通常被描述为混沌。然而，最近的研究表明，这些相互作用并不是陷入混沌，反而可以遵循特定的模式，这通常导致一个物体迅速被排除在系统外。这个突破性的发现可能显著增强我们对引力波和其他宇宙现象的理解。
当三个大型天体在宇宙中相遇时，它们施加在彼此上的引力导致不可预测的结果。通常，这被视为混沌。然而，来自哥本哈根大学的一位研究者发现，这些遭遇通常会遵循特定的模式，导致其中一个物体的快速排除。这一发现可能对加深我们对引力波和其他宇宙相关概念的理解至关重要。
目前，Netflix上最受欢迎的系列是三体问题的科幻改编。该剧改编自刘慈欣的小说系列，展示了多样化的角色、多重时代，甚至外星生物。其核心主题围绕一个三个恒星相互轨道运行的恒星系统展开。
这个恒星系统由三个相互施加引力影响的天体组成，自艾萨克·牛顿，重力之父，首次解释它以来就吸引了科学家的关注。虽然两者之间的相互作用是可预测的，但添加第三个物体会将场景转变为复杂而混乱的情况。
“三体问题是数学和理论物理学中最著名的无法解决的难题之一。该理论表明，当三个物体聚集在一起时，它们的相互作用是混沌发展的，没有任何规律性，完全独立于其初始条件。然而，我们的广泛模拟显示，在这混沌之中存在‘规律的岛屿’，这取决于三个物体的初始位置及其接近彼此时的速度和角度，”哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的阿莱桑德罗·阿尔贝托·特拉尼表示。
特拉尼希望这一发现能增强天体物理模型，考虑到三体问题不仅是理论难题，且在宇宙事件中普遍存在，因此其探索至关重要。
“要理解黑洞和其他大质量移动物体产生的引力波的性质，研究黑洞在遭遇和合并过程中的相互作用至关重要。所涉及的力量是巨大的，尤其是当三个黑洞彼此相互作用时。因此，理解这些相互作用可能为引力波、重力的性质以及宇宙中的许多其他基本难题提供重要见解，”该研究者指出。
模拟的海啸
为了探索这一现象，特拉尼开发了一款名为Tsunami的软件程序，旨在根据已确定的自然法则，包括牛顿引力和爱因斯坦的广义相对论，模拟天体的运动。他在特定定义参数下进行了数百万次三体相互作用的模拟。
模拟以两个物体在共享轨道上的位置开始——基本上是它们在360度轴上的位置。第三个物体的接近角度变化为90度。
这些无数的模拟涉及了该框架内的多种组合，创建了所有可能结果的广泛表现，类似于一幅由初始配置编织成的大挂毯。在这里可以识别出可观察的“规律的岛屿”。
这些结果中的颜色指示遭遇后被排除的物体，通常是质量最小的那个。
“如果三体问题完全混乱，我们将仅会看到一堆混乱的、不易区分的点，每个结果彼此融合，没有任何序列。相反，我们确认从这种混乱的背景中出现的规律‘岛屿’，在这些地方，系统表现得可预测，导致一致的结果——因此也有一致的颜色，”特拉尼解释道。
两步前进，一步后退
这一发现对理解曾被认为无法分析的现象寄予了重大希望。然而，它也为科学家提出了新的挑战。尽管他们熟悉使用统计方法计算纯混沌，但混沌中规律的出现使他们的计算变得复杂。
“当这个结果图上的某些区域突然显示出规律模式时，这会干扰标准概率评估，导致预测不准确。我们当前的目标是学习将统计方法与数值计算结合，这在规律行为的背景下提供高准确度，”阿莱桑德罗·阿尔伯托·特拉尼说。
“因此，我的发现使我们回到了起点，但从长远来看，它们也为我们打开了一扇全新的理解领域，”他补充道。
* 额外信息: 四体问题
在大流行期间，阿莱桑德罗·阿尔贝托·特拉尼开始了一个侧项目，专注于在三体问题的背景下的分形宇宙，这使他考虑逐渐绘制结果以寻找模式。
虽然他在研究中知道这个著名的问题，但并没有探索与之相关的虚构作品——例如近期的Netflix改编或刘慈欣的小说《三体》。然而，出于好奇，他对故事进行了初步了解，发现它讨论的是“四体问题”。
“据我理解，故事围绕一个由三个恒星和一颗经常陷入混乱局面的行星组成的恒星系统展开。这种设定更准确地被归类为四体问题。然而，根据我的模拟，行星很可能会被三颗恒星之一迅速摧毁，随后再次减少为三体问题，”研究者笑着说。
