معمای حل نشده‌ مسئله سه جسم از زمان نیوتن

0 84

مسئله سه جسم یک معمای فیزیک است که از زمان آیزاک نیوتن دانشمندان را درگیر خود کرده است، اما این مسئله چیست و چرا حل آن اینقدر سخت است؟ این مسئله، سامانه‌ای را توصیف می‌کند که شامل سه جسم است که نیروهای گرانشی بر یکدیگر اعمال می‌کنند. اگرچه ممکن است ساده به نظر برسد، اما این یک مشکل بسیار پیچیده و اولین نگرانی واقعی نیوتن است.

در منظومه‌ دو جسم مانند سیاره و ستاره، محاسبه نحوه حرکت آن‌ها به دور یکدیگر بسیار ساده است؛ در بیشتر مواقع، این دو جرم تقریبا در یک دایره به دور مرکز جرم خود می‌چرخند و هر بار به نقطه‌ای که شروع کرده بودند باز می‌گردند، اما اگر جسم سومی مانند یک ستاره دیگر اضافه شود، همه چیز بسیار پیچیده‌تر می‌شود. جسم سوم آن دو را که به دور یکدیگر می‌چرخند جذب می‌کند و آن‌ها را از مسیرهای قابل پیش‌بینی خود بیرون می‌کشد.

عوامل موثر در حرکت سه جسم

شین راس (Shane Ross)، ریاضیدان کاربردی در ویرجینیا تک (Virginia Tech) آمریکا، می‌گوید: «گویی در حال راه رفتن روی خط الراس کوه هستید؛ با یک تغییر کوچک ممکن است یا به سمت راست یا چپ بیفتید؛ این دو موقعیت اولیه بسیار نزدیک هستند ولی به حالت‌های بسیار متفاوت منتهی شوند.»

حرکت سه جسم به حالت شروع، موقعیت، سرعت و جرم آن‌ها بستگی دارد. اگر حتی یکی از آن متغیرها تغییر کند، حرکت حاصل می‌تواند کاملا متفاوت باشد.
حرکت سه جسم به حالت شروع، موقعیت، سرعت و جرم آن‌ها بستگی دارد. اگر حتی یکی از آن متغیرها تغییر کند، حرکت حاصل می‌تواند کاملا متفاوت باشد.

اما راه حل‌هایی برای مشکل سه جسم پیدا شده است؛ برخی شرایط می‌توانند تجزیه مشکل سه جسم را آسان‌تر کنند. دنیای ساختگی را در نظر بگیرید که در آن سیاره‌ای به دور دو خورشید می‌چرخد؛ آن دو ستاره و سیاره یک سامانه سه جسمی را تشکیل می‌دهند، اما اگر سیاره به اندازه کافی دور باشد که بتواند به دور هر دو ستاره هم بچرخد، می‌توان مشکل را ساده کرد.

اگر به اندازه کافی از دو تا ستاره مرکزی فاصله وجود داشته باشد، می‌توان این جسم را به عنوان یک ستاره واقعا بزرگ تصور کرد. سیاره چون جرم بسیار کمتری دارد نیروی زیادی به ستارگان وارد نمی‌کند، بنابراین منظومه شبیه مسئله دو جسمی می‌شود که راحت‌تر قابل حل است؛ تاکنون، دانشمندان بیش از دوازده سیاره فراخورشیدی شبیه به این موقعیت پیدا کرده‌اند.

حل مشکل سه جسم

بیلی کوارلز (Billy Quarles)، یک پویایی‌شناس سیاره‌ای در دانشگاه ایالتی والدوستا (Valdosta State University) آمریکا، می‌گوید: «نیروهای گرانشی می‌توانند باعث برخورد دو جسم از سه جسم یا پرتاب یکی از اجسام به بیرون منظومه برای همیشه شوند و احتمالا منبع سیاره‌های سرگردانی است که به دور هیچ ستاره‌ای نمی‌چرخند. هرج و مرج سه جسمی ممکن است در فضا آنقدر رایج باشد که ۲۰ برابر تعداد ستاره‌های کهکشان ما، سیاره‌های سرگردان وجود داشته باشد.»

اغلب، مدارهای سه جسم هرگز به طور واقعی تثبیت نمی‌شوند و مشکل سه جسم با یک انفجار حل می‌شود.
اغلب، مدارهای سه جسم هرگز به طور واقعی تثبیت نمی‌شوند و مشکل سه جسم با یک انفجار حل می‌شود.

دانشمندان می‌توانند از رایانه برای تقریب حرکت اجسام در یک سامانه سه جسمی استفاده کنند که امکان پیش‌بینی حرکت ماهواره‌بر را که به مدار زمین پرتاب می‌شود یا سرنوشت سیاره‌ای در منظومه‌ای با چندین ستاره را می‌دهد.

شاید بپرسید آیا موجودی می‌تواند در سیاره‌ای با مسئله سه جسم، زنده بماند یا خیر؟ راس می‌گوید: «فکر نمی‌کنم در چنین شرایطی، محیطی پایدار برای تکامل حیات وجود باشد؛ این یکی از جنبه‌هایی است که همچنان در قلمرو علمی تخیلی باقی می‌ماند.»

منبع isna
با اشتراک گذاری مطلب از اسپاش حمایت کنید
https://espash.ir/?p=80051
مطالب پیشنهادی اسپاش
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها