当前位置: 首页 > 所有学科 > 数学

三体数学问题,三体中的特殊的数字

  • 数学
  • 2023-12-12

三体数学问题?它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间只有万有引力的作用下如何预测其运动规律。现已知三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。那么,三体数学问题?一起来了解一下吧。

太空中的数学问题

三体运动暂时真的无解的。

三体问题是天体力学中的基本力学模型。它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。

现在已知,三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不记,所以我们可以把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。

天体力学中的基本力学模型。研究三个可视为质点的天体在相互之间万有引力作用下的运动规律问题。这三个天体的质量、初始位置和初始速度都是任意的。

在一般三体问题中,每一个天体在其他两个天体的万有引力作用下的运动方程都可以表示成3个二阶的常微分方程,或6个一阶的常微分方程。

因此,一般三体问题的运动方程为十八阶方程,必须得到18个积分才能得到完全解。然而,还只能得到三体问题的16个积分,因此还远不能解决三体问题。

三体问题是数学还是物理

三体问题是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。

三体问题是天体力学中的基本力学模型,现在已知,三体问题不能精确求解。即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动,在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不计,所以我们可以把它们看成质点。

如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。N体问题可以用一句话写出来,在三维空间中给定N个质点,如果在它们之间只有万有引力的作用,那么在给定它们的初始位置和速度的条件下,它们会怎样的运动空间。

研究方法

由于庞加莱等科学家证实,不存在能够预测三体运动所有情况的“通用解”,因此很多科学家的研究重心放在了寻找三体运动的“周期解”上。由于三体问题不能严格求解,在研究天体运动时,都只能根据实际情况采用各种近似的解法,研究三体问题的方法大致可分为3类。

第一类是分析方法,其基本原理是把天体的坐标和速度展开为时间或其他小参数的级数形式的近似分析表达式,从而讨论天体的坐标或轨道要素随时间的变化。

三体问题的由来

无解

三体问题(three-body problem)是天体力学中的基本力学模型。它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间只有万有引力的作用下如何预测其运动规律。现已知三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不记,所以我们可以把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。

研究三体问题的方法大致可分为分析方法、定性方法、数值方法三类。

19世纪末的物理学家亨利·庞加莱在当时曾研究后给出结论:三体问题无解。准确地来说,是数学上非线性,无解析解,只有数值解。但是在计算数值解的过程中,初始的微小误差会被不断放大,以及计算叠加过程中本身的计算误差,从而导致最终无法获得一个稳定的数值,从而无法预测三体的运动状态,结果是混沌。

2015年Brutus积分器被开发出来,可以按任意精度计算出任意N体问题的近似收敛解。但是,迭代计算随着精度的不断提高和模拟时间的增长,需要在内存中保留的数字精度呈指数级增长,并且计算的步长需要进一步缩小,往往需耗费长时间才能完成计算。

混沌三体可能长期存在

三体问题(three-bodyproblem)是天体力学中的基本力学模型。它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间只有万有引力的作用下如何预测其运动规律。现已知三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不记,所以我们可以把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。研究三体问题的方法大致可分为分析方法、定性方法、数值方法三类。

19世纪末的物理学家亨利·庞加莱在当时曾研究后给出结论:三体问题无解。准确地来说,是数学上非线性,无解析解,只有数值解。但是在计算数值解的过程中,初始的微小误差会被不断放大,以及计算叠加过程中本身的计算误差,从而导致最终无法获得一个稳定的数值,从而无法预测三体的运动状态,结果是混沌。

随着科技的发展,研究人员决定尝试一种规律识别类型的人工智能—神经网络,它大致模拟了大脑的运作机制。神经网络在具备预测能力之前,必须先通过输入大量数据进行深度学习,研发团队采用Brutus生成了9900个简化版的三体问题情境,用于训练神经网络。

三体问题8字形解

无解

三体问题(three-body problem)是天体力学中的基本力学模型。它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间只有万有引力的作用下如何预测其运动规律。现已知三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不记,所以我们可以把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。

研究三体问题的方法大致可分为分析方法、定性方法、数值方法三类。

19世纪末的物理学家亨利·庞加莱在当时曾研究后给出结论:三体问题无解。准确地来说,是数学上非线性,无解析解,只有数值解。但是在计算数值解的过程中,初始的微小误差会被不断放大,以及计算叠加过程中本身的计算误差,从而导致最终无法获得一个稳定的数值,从而无法预测三体的运动状态,结果是混沌。

2015年Brutus积分器被开发出来,可以按任意精度计算出任意N体问题的近似收敛解。但是,迭代计算随着精度的不断提高和模拟时间的增长,需要在内存中保留的数字精度呈指数级增长,并且计算的步长需要进一步缩小,往往需耗费长时间才能完成计算。

以上就是三体数学问题的全部内容,三体问题是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。三体问题是天体力学中的基本力学模型,现在已知,三体问题不能精确求解。即无法预测所有三体问题的数学情景。

猜你喜欢