随机游走试图解决著名的三体问题

　　作者： Stephen Luntz
　　编译：秦秦
　　图片来源：ARENAMONTANOUS CC-BY-2.0
　　距离地球42光年的三合星系统44 BOOTIS的轨道揭示了三体问题的一些复杂性，现在已经提供了概率解决方案。
　　著名的三体问题是一个可以追溯到牛顿的物理挑战。它从未真正得到解决，因为正如1899 年所证明的那样，这是不可能的。然而，仅仅因为一个问题没有完整的解决方案并不意味着我们不能越来越接近的问题解。三体求解的最新改进涉及数学家最喜欢的工具：随机游走。
　　在牛顿证明了万有引力是如何工作的后，他就着手研究两个大质量物体的引力场是如何相互影响的，从而可以预测无限远的未来轨道。然而世界并非如此简单，太阳系中的每颗行星甚至小行星都在相互拉扯，有些行星的影响很温和，甚至可以忽略不计，但在大多数情况下，其他行星足够大或足够接近，以至于他们的影响很重要，从而产生了三体、四体或五体问题。牛顿和在他之后的许多最伟大的思想家都试图找到解决这种相互作用进展的答案。
　　三个或更多在轨道上的物体的引力会相互影响，这一发现在本质上是不可预测的，这一发现也导致物理学家被无休止的嘲笑，说他们遇到了能力的极限。然而，它也启发了混沌理论领域，混沌理论在许多科学研究中起着至关重要的作用，尤其是气象学。在知道不可能完美的情况下找到改善解决方案的方法，已被证明是科学的一大福音，《物理评论X》(Physical Review X)上的一篇新论文声称将进一步推进这一研究。
　　以色列理工学院的博士生Yonadav Ginat意识到，在不可能完全确定的情况下，统计方法可能很有用。即使你不知道在三体中，相互竞争的引力会把物体送到哪里，你也可以从概率上预测结果，然后确定具体的路径是不太可能的，但你可以忽略它们。
　　为此，Ginat和他的导师Hagai Perets教授应用了被称为＂随机游走＂的数学模型。最初基于一个理论个体，其步数无法预测，但偏向一个方向，随机游走已广泛用于统计学和经济学。一个简单的例子是一个人站在悬崖边缘附近，每走一步都有三分之二的概率走向安全，三分之一的概率走向灾难。
　　为了证明这一过程的效果，Ginat建模了一个由三颗恒星组成的系统，以观察其中一颗恒星被抛出的可能性有多大，这相当于恒星进入了太空。
　　银河系的大多数恒星都是双子星。像太阳这样的单一恒星很少见，但三重系统更罕见。在它们存在的地方，它们通常是临时在一起的，除非一颗恒星的质量要大得多，否则其他恒星的行为就像行星一样。人们早就知道恒星之间的相互作用通常会导致抛射现象，但Ginat和Perets给出了两颗较近恒星在不同距离下的概率。他们的模型揭示了在一颗恒星（并不总是最初的组合）被推向远方之前的一系列近距离接触，甚至可以包含以前通常被认为过于复杂而被丢弃的潮汐等因素。
　　＂我们在 2017 年提出了随机游走模型，当时我还是一名本科生，＂Ginat 在一份声明中说。＂我上了佩雷茨教授教授的课程，在那里我不得不写一篇关于三体问题的文章。我们当时没有发表，但当我开始攻读博士学位时，我们决定扩大论文并发表它。＂
　　这项工作将提高我们对致密星团的理解，在这些星团中，黑洞和中子星可能会与巨星发生碰撞，有时会产生可探测的引力波。它对于在引力碰撞中寻求稳定性的航天器也很有用。
　　作者： Stephen Luntz
　　Stephen Luntz毕业于墨尔本大学，获得了科学(物理专业)和艺术(英国文学和科学的历史和哲学)学位，随后获得了澳大利亚国立大学的科学传播研究生文凭。除了为科学博物馆Grad Dip设计展览外，还为澳大利亚农村地区的数千名学生表演了有关飞行、碰撞科学以及液氮的使用。在成为IFLScience.com的专职撰稿人之前，Stephen为《澳大利亚科学》杂志写了15年的文章。他的专栏入选昆士兰总理科学写作奖，并构成了《法医学、化石和果蝠:澳大利亚科学家野外指南》一书的基础。这本书探讨了从事大量现代研究的科学家们的职业生涯和动机，但很少有人将注意力集中在少数获得获得重大奖项的科学家身上。另一方面，他的文章还采访了三位诺贝尔奖得主。