پژوهش تازه: قضیه سه جسم کاملا آشوبناک نیست_مجله رشد

قضیه معروف سه جسم بی‌نظم که توضیح می‌دهد چطور سه جسم تحت نیروی گرانش با هم تعامل دارند، قرن‌ها دانشمندان را سردرگم کرده است. اکنون پژوهش جدیدی مشخص می کند این شرایط به حدی که دانشمندان فکر می‌کنند، بی‌نظم نیست.

پژوهشگران در شماره سپتامبر مجله‌ی Astronomy & Astrophysics گزارش کردند که هنگامی راه‌حل‌های قضیه سه جسم بر پایه موقعیت اولیه سه جسم نسبت به هم ترسیم می‌بشود، جزایری از پایداری از دل آشفتگی ظاهر می‌بشود. به‌حرف های‌ی آن‌ها این جزایر می‌توانند به دانشمندان در شناسایی سیاه‌چاله‌های درحال برخورد پشتیبانی کند.

تعامل های گرانشی بین دو جسم را می‌توان به‌طور یقین با منفعت گیری از معادلات توصیف کرد. اما هنگامی جسم سومی به این سیستم اضافه بشود، شرایط به هم می‌ریزد، حرکات اجسام غیرقابل پیش‌بینی می‌بشود و زیاد تر با بیرون افتادن یکی از اجسام از سیستم آخر می‌یابد. حتی تغییرات کوچک در جرم، شدت یا موقعیت اولیه آن‌ها می‌تواند به پیامدهای زیاد متغیری منجر بشود.

به‌طورکلی، پژوهشگران از آمار برای پیش‌بینی این نوشته منفعت گیری می‌کنند که چه مقدار گمان دارد هر یک از سه جسم از سیستم بیرون انداخته بشود. اما هنگامی الساندرو ترانی، فیزیکدان موسسه نیلز بور در دانمارک و همکارانش همانند‌سازی‌های کامپیوتری از قضیه‌ی سه جسم انجام دادند، نتایج آن‌ها با پیش‌بینی‌های آماری همخوانی نداشت.

آزمایش‌های ترانی و همکارانش با سیستم دوتایی اغاز شد (دو جسم چرخان به‌دور هم) که جسم سومی از جایی فرد دیگر در فضا به آن‌ها نزدیک می‌شد.

در بیشتر از یک میلیون همانند‌سازی، پژوهشگران موقعیت دو جسم را در سیستم دوتایی و زاویه‌ای را که با آن جسم سوم به سیستم نزدیک می‌شد، تحول دادند. آن‌ها سپس اجازه دادند سه جسم با هم تعامل داشته باشند تا درنهایت یکی از آن‌ها از سیستم بیرون انداخته بشود.

در سیستمی که کاملا بی‌نظم است، حتی تحول کوچکی در موقعیت یا زاویه سه جسم می‌تواند تعیین کند کدام جسم از سیستم بیرون انداخته بشود. اما ترانی و همکارانش چندین دامنه از موقعیت‌ها و زوایا را اشکار کردند که در آن یکی از اجسام همیشه از سیستم بیرون انداخته می‌شد. این جزایر از نظم، آشوبناکی قضیه سه جسم را به چالش می‌کشد.

نواحی غیرآشوبناک می‌توانند پیش‌بینی دانشمندان از نحوه تعامل سه جسم در فضا را پیچیده کنند. پیش‌بینی‌هایی که دانشمندان طبق معمول برای این تعامل های نجومی به کار می‌برند، به آمار وابسته‌اند، اما به‌حرف های‌ی ترانی، محاسبات آماریِ صرف در حل مسائلی که هم نواحی بی‌نظم و هم نواحی منظم را در برمی‌گیرند، کارآیی ندارند.

ترانی در گفتگو با لایوساینس می‌گوید نیاز داریم ترکیبی از پیش‌بینی‌های آماری را برای فضای آشوبناک و ترکیبی از تئوری‌های مکانیکی دارای نظم یا قطعی را برای فضای دارای نظم داشته باشیم و این چنین باید بدانیم چطور نتایج را ترکیب کنیم. سخت‌ترین تکه این‌جا است که بدون انجام همانند‌سازی فهمید شویم قضیه سه جسم در کجا آشوبناک است و در کجا نظم دارد.

اشکار کردن نواحی باثبات این چنین می‌تواند به دانشمندان در شناسایی و فهمیدن امواج گرانشی پشتیبانی کند که زمان تعامل یا ادغام سیاهچاله‌ها انتشار خواهد شد. تعامل های بین سه سیاه‌چاله که در خوشه‌های ستاره‌ای نسبتا زیاد می باشند، می‌تواند علتبشود دو سیاه‌چاله به سمت هم حرکت کنند.‌ اما پیش‌بینی‌های این رویدادها فقط شامل آن‌هایی می‌بشود که ناشی از تعامل های آشوبناک می باشند. به‌حرف های‌ی ترانی، امکان پذیر تعامل های غیرآشوبناکی در بین سه سیاه‌چاله وجود داشته باشد و این کار زمان‌های بیشتری برای مطالعه‌ی امواج گرانشی فراهم آورد.