环球今日报丨求解“三体问题”周期轨道迎来曙光

• 2022-06-25 05:58:56 来源：科普时报

(资料图片)

科普时报讯（记者王春）还记得科幻小说《三体》中虚构的“三体世界”吗？作者刘慈欣还向公众科普了牛顿提出的著名的“三体问题”。近日，上海交通大学教授廖世俊和其博士生杨宇以及暨南大学副教授李晓明通过将机器学习与其发明的一种极高精度的数值算法相结合，提出了求解“三体问题”周期轨道的路线图，为获得“三体问题”海量、精确的周期轨道铺平了道路。相关成果发表在国际杂志《新天文学》上。

1687年，牛顿提出了著名的“三体问题”：运用万有引力理论能准确预测两个互相吸引的天体之运动规律——它们的轨道基本是椭圆形的；但如果有3个天体，比如太阳、地球和月球相互作用，其运行有何规律？《三体》小说中，“三体人”生活的行星在一个由3颗运动毫无规律的恒星组成的三体系统中运行，导致“三体人”的星球不定期毁灭与重生。

由于“三体问题”本质上的混沌性，导致采用传统的数值方法也很难在一个较长时域内获得三体系统的准确轨道。不过，科学家们的探索从未中断。2009年，廖世俊提出一个获得混沌动力系统收敛轨迹的策略——精准数值模拟（CNS），在理论上为准确获得“三体问题”的周期轨道铺平了道路。

基于CNS，2017年廖世俊团队成功获得等质量的“三体问题”695类周期轨道；2018年，廖世俊团队联手上海交通大学物理与天文学院教授景益鹏，应用CNS进一步成功获得两个质量相等的三体系统1349类全新的周期轨道；2021年，廖世俊与李晓明等合作，成功应用CNS获得该三体系统任意不等质量的135445个周期轨道，在周期轨道数量上实现数量级增长；2022年，为了进一步提高计算效率，廖世俊、李晓明、杨宇将CNS结合机器学习，提出了一个获得“三体问题”周期轨道的路线图。研究团队基于机器学习和CNS一步步地获得更大质量范围内的精确周期轨道，直至找到该类周期轨道中所有不同质量的精确周期轨道；最后，对于（存在周期轨道的质量区域内）任意质量的“三体问题”，机器学习都能足够精确地预测其周期轨道之初始条件、周期。

“三体问题”周期轨道的求解，证实了CNS求解复杂混沌问题的有效性和潜力。理论上，CNS可应用于N体问题周期轨道的求解以及湍流研究等，为星系演化、复杂湍流的精确数值模拟等提供了一个全新的研究工具。

标签： 周期轨道 三体问题 机器学习

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