همکاری سه جسم در فضا الگوهای منظم و نتایج قابل پیش‌بینی دارد

برهمکنش‌های سه جسم در فضا، صرفاً آشوب محض نیستند، بلکه دارای الگوهای منظم و نتایج قابل پیش‌بینی هستند. دانشمندان به راحتی می‌توانند حرکت دو جسم پرجرم را که تحت تأثیر جاذبه در فضا با هم برخورد می‌کنند، پیش‌بینی کنند.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، هنگامی که سه جسم در فضا با هم تعامل می‌کنند، مسیرهای پیچیده و اغلب غیرقابل پیش‌بینی ایجاد می‌شود که تعیین موقعیت آینده آن‌ها را دشوار می‌کند. این پدیده به عنوان مسئله سه جسم شناخته می‌شود.”مسئله سه جسم یکی از معروف‌ترین مسائل حل‌نشده در ریاضیات و فیزیک نظری است. این نظریه بیان می‌کند که هنگامی که سه جسم با هم برخورد می‌کنند، برهمکنش آن‌ها به صورت آشفته، بدون نظم و کاملاً جدا از نقطه شروع تکامل می‌یابد.”، آلکساندرو آلبرتو ترانی، اخترفیزیکدان در انستیتو نیلز بور دانشگاه کپنهاگ، چنین نظری دارد.

یک مطالعه جدید از ترانی و تیمش نشان می‌دهد که مسئله سه جسم به اندازه آنچه تصور می‌شود آشفته نیست و در واقع از برخی الگوهای منظم پیروی می‌کند. محققان به این الگوها “جزایر نظم” می‌گویند. “میلیون‌ها شبیه‌سازی محققان نشان می‌دهند که در این آشوب، “جزایر نظم” وجود دارد که مستقیماً به نحوه قرارگیری سه جسم نسبت به یکدیگر هنگام برخورد و همچنین سرعت و زاویه برخورد آن‌ها بستگی دارد.”

برای درک دقیق مسئله سه جسم، ترانی نرم‌افزاری به نام تسونامی توسعه داد که شبیه‌سازی‌های برهمکنش سه جسم در فضا را اجرا می‌کند. تسونامی در حین محاسبات، تمام اصول بنیادی مانند جاذبه، نسبیت عام و غیره را در نظر می‌گیرد.

با استفاده از این نرم‌افزار، نویسندگان مطالعه میلیون‌ها شبیه‌سازی را برای بررسی نتایج انواع مختلف برخوردهای سه جسم اجرا کردند. آن‌ها حرکت و موقعیت اجسام متفاعل در موقعیت‌های مختلف را محاسبه کردند. این آزمایش نتایج جالبی را نشان داد. به عنوان مثال، نویسندگان مطالعه متوجه شدند که “جسمی که در نهایت پس از برخورد از سیستم پرتاب می‌شود، معمولاً جسمی با کمترین جرم است.” با این حال، یک پدیده کاملاً آشفته نباید منجر به چنین نتایج یکنواختی شود. شبیه‌سازی‌های تسونامی همچنین منجر به ایجاد یک نقشه نشان‌دهنده تمام نتایج ممکن برهمکنش‌های سه جسم در فضا شد. هنگامی که نویسندگان مطالعه این نقشه را به طور دقیق بررسی کردند، چندین منطقه را کشف کردند که الگوهای منظم را برجسته می‌کرد.

نویسندگان مطالعه افزودند “تحلیل ما نشان می‌دهد که مسیرهای منظم بخش قابل توجهی از فضای فاز را اشغال می‌کنند که بسته به تنظیم اولیه از ۲۸٪ تا ۸۴٪ متغیر است.”. این جزایر نظم می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا علم پشت برهمکنش‌های سه جسم در فضا را بهتر درک کنند. علاوه بر این، می‌تواند رازهای مختلف مرتبط با امواج گرانشی و جاذبه را نیز آشکار کند، طبق گفته محققان.