PRAVILNI OBRASCI OTKRIVENI U HAOSU PROBLEMA TRI TIJELA

Kada se tri masivna nebeska tijela susretnu u svemiru, njihova međusobna gravitacijska interakcija postaje izrazito složena a tradicionalno se smatrala kaotičnom…

Međutim, istraživači sa Sveučilišta u Kopenhagenu otkrili su da takvi susreti često slijede pravilne obrasce, gdje jedno tijelo ubrzo biva izbačeno iz sustava. Ovaj novi uvid mogao bi imati značajan utjecaj na naše razumijevanje gravitacijskih valova i drugih ključnih pojava u svemiru.

Temu trotijelnog problema dodatno je popularizirala nedavna Netflixova serija 3-Body Problem (problem triju tijela), temeljena na istoimenoj knjizi kineskog autora Liu Cixina. Serija se bavi sustavom u kojem tri zvijezde međusobno djeluju pod utjecajem gravitacije, konceptom koji je zaintrigirao znanstvenike još od vremena Isaaca Newtona. Dok su interakcije između dvaju tijela predvidljive, uvođenjem trećeg tijela nastaje situacija koja postaje znatno složenija.

Red u prividnom kaosu

Problem triju tijela dugo je bio jedan od najpoznatijih i najtežih problema u teorijskoj fizici i matematici. Alessandro Alberto Trani sa Sveučilišta u Kopenhagenu predvodio je istraživanje koje donosi novi pogled na ovaj problem. “Teorija tradicionalno govori da, kada se tri tijela međusobno susretnu, njihova interakcija postaje kaotična, bez predvidljivih obrazaca,” objašnjava Trani. Međutim, njegove simulacije ukazuju na nešto drukčije – otkriveni su dijelovi sustava koji prate pravilne obrasce ovisno o početnim uvjetima.

Simulacije su pokazale da ishodi ovih susreta nisu uvijek kaotični te da postoje određena predvidiva ponašanja, nazvana “otoci pravilnosti.” Na temelju početnih pozicija, brzina i kutova prilaza, može se predvidjeti koji će objekt napustiti sustav. “Ove pravilnosti otvaraju mogućnosti za daljnje proučavanje gravitacijskih valova i dinamike svemira,” dodaje Trani.

Utjecaj na proučavanje gravitacijskih valova

Ovaj novi uvid mogao bi imati dalekosežne posljedice na astrofiziku, posebno u kontekstu proučavanja gravitacijskih valova. Gravitacijski valovi, koji su perturbacije u prostoru-vremenu uzrokovani pokretima masivnih objekata, poput crnih rupa, ključni su za naše razumijevanje svemira. Interakcije crnih rupa, osobito kada ih je tri, stavljaju u igru iznimno snažne sile a razumijevanje kako se te sile razvijaju moglo bi donijeti revolucionarne uvide.

Trani ističe: “Razumijevanje kako se ponašaju crne rupe kada se susretnu moglo bi biti ključ za dešifriranje mnogih misterija vezanih za gravitacijske valove ali i samu prirodu gravitacije.”

Milijuni simulacija za novu kartu svemirskih interakcija

Kako bi istražio ovaj fenomen, Trani je razvio softver pod nazivom Tsunami, koji modelira kretanje nebeskih tijela na temelju zakona gravitacije i relativnosti. Softver je pokrenuo milijune simulacija susreta triju tijela, pri čemu su se mijenjale početne pozicije i brzine objekata.

Rezultati ovih simulacija stvorili su svojevrsnu kartu svih mogućih ishoda. Na toj karti jasno su se pojavili obrasci predvidivih ishoda, tzv. “otoci pravilnosti“, koji otkrivaju koja tijela će biti izbačena iz sustava. “Očekivali bismo nasumičan kaos ali umjesto toga dobili smo pravilne, ponovljive rezultate,” ističe Trani.

Novi izazovi za astrofizičare

Otkrivanje ovih pravilnosti predstavlja i nove izazove za astrofizičare. Kaos, iako složen, može se proučavati statističkim metodama. Međutim, otkrivanje reda unutar kaosa zahtijeva preciznije numeričke metode. Trani navodi: “Ovo otkriće značit će da moramo prilagoditi naše metode kako bismo kombinirali statističke pristupe s numeričkim izračunima koji preciznije opisuju ove pravilnosti.”

Ovaj novi uvid otvara vrata prema dubljem razumijevanju gravitacijskih interakcija u svemiru. Kako nastavljamo proučavati složenost susreta triju tijela, otkrića poput ovog mogla bi donijeti ključne pomake u astrofizici i pomoći nam bolje razumjeti prirodu gravitacijskih valova, crnih rupa i same strukture svemira.

Kosmos