Після виходу на Netflix фільму “Проблема трьох тіл”, заснованого на відомій серії романів Лю Сісіна, ми бачили, як багато людей запитують, що саме являє собою проблема трьох тіл. Тож приєднуйтесь до нас у подорожі у фізику та математику, яка розпочалася на самому початку сучасної науки і продовжує турбувати вчених та мислителів донині.
Закони руху Ньютона і його закон всесвітнього тяжіння лежали в основі класичної фізики і могли пояснити поведінку широкого спектру явищ. Зокрема, з їх допомогою можна легко описати рух планет навколо зірки – це задачі двох тіл, зірки та її планети або Землі та Місяця.
Ці задачі двох тіл можна розв’язати з точністю, що дає велику силу передбачення. Знаючи початкові умови, ми можемо передбачити, як система буде еволюціонувати в майбутньому. Тепер додамо третє тіло. Ви можете подумати, що це додасть певних труднощів, але вона все одно буде розв’язуваною, проте реальність, мабуть, має зле почуття гумору. Проблема з двома тілами цілком вирішувана, але проблема з трьома тілами – ні.
Не існує узагальненого рішення, яке дозволяє передбачити поведінку трьох об’єктів (або частинок, або планет) за законами руху і сили. Можна знайти рішення для конкретних випадків і деяких не дуже конкретних випадків, але не існує способу розв’язати задачу трьох тіл для всіх можливих випадків.
Спочатку питання задачі трьох тіл (а потім і n-тіл) стосувалося стійкості системи Земля-Місяць-Сонце і Сонячної системи в цілому. Пошук розв’язків привів до появи нових математичних інструментів, таких як теорія збурень, для покращення чисельного розв’язку, знайденого для руху планетних тіл.
Це також призвело до передбачення троянських астероїдів на орбіті Юпітера математиком італійського походження Жозефом-Луї Лагранжем, який вивчав окремий випадок задачі трьох тіл.
Хоча задача трьох тіл з використанням ньютонівської гравітації вважається традиційною, її розв’язують і в квантовій механіці. Атом гелію з позитивним ядром, що обертається навколо двох негативних електронів, також є прикладом задачі трьох тіл.
І якщо вам подобається гравітація, але ви віддаєте перевагу перетворити своє життя на пекло, чому б не спробувати знайти рішення проблеми трьох тіл, використовуючи загальну теорію відносності? Це стає в нагоді поблизу чорних дір.
Нові розв’язки конкретних задач трьох тіл знаходять кожні кілька років. І ніколи не знаєш, чи знадобиться воно тобі, щоб зрозуміти сенс загадкової, гіперреалістичної відеогри…
