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关于多体问题一般性非周期解的定性讨论

已有 584 次阅读 2024-6-3 18:28 |系统分类:科研笔记

以下是我和尚新春老师几日前讨论此问题的时候写的邮件。尚老师曾任中国力学学会理事,科研成果丰富。比较有代表性的是曾与著名材料与力学学者R.Lakes合作发现的负泊松比材料的稳定性方面的参数象限。我博士学位论文致谢中“假不逢春识清重”(https://blog.sciencenet.cn/blog-282560-939122.html)一句便是感谢尚老师对我的指点。

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尚老师

您好!

之前跟您说过,“多体问题可能有答案了”。我并不是说有人得到了最终的解答。它其实是我基于某些研究推测出来的。

首先追溯一下二体问题。牛顿已经给出了基于约化质量的精确解答。但当两个相向运动的天体质量相差极大的时候,您一定记得天体物理学力有一个“引力弹弓”,简单地说,就是大质量天体将小质量天体弹飞。

多体问题的解答可能类似。以三体问题为例,首先众所周知三体问题有周期解和非周期解。周期解比较简单,而三体问题的非周期解实际上就是混沌。对于混沌系统,我记得有一个定性结论,就是当时间足够长的时候,系统会遍历任一个可能的状态。

有个叫Barak Kol的物理学家使用了某个模型对非等质量的三体系统进行了计算,得到的结果是,当三体系统运行的时间足够长的时候,质量最小的那一个天体会以最大的概率被“甩飞出去”。这一新闻是很早之前看到的,现在已经找不到出处了,但是随手一搜在网上还能搜到相关网页:

https://www.163.com/dy/article/I12T9F9D05534MXW.html

由此我便有一个猜想:因为三体系统是混沌的,所以只要当运行时间足够长,质量较小的天体就一定会“遍历”到那个类似“引力弹弓”的状态,被系统甩飞出去(当然这里根据Barak Kol的结论,甩飞哪个天体是有概率的,只是质量最小的概率最大)。

抖音上有一个相关的计算模拟动画:

https://www.douyin.com/user/MS4wLjABAAAAOnWvC9zKjRpzF5Q6B5TmC9iHEZ8RHiFS08gnSHlkpAs?modal_id=7365958571042934050

由此再进一步推广至多体问题,我便得到了一个猜想:对于任意一个N体系统,只要最后不会形成稳定的周期解,那么这个系统一定会先将质量最小的天体甩飞,形成N-1体系统,然后N-2体……最后变为二体系统。这个猜想放在宇宙学中,也许可以表述为:宇宙中的质量总是趋于分散的。可能有点类似于热力学第二定律了。

但这显然只是一个猜想,所以我当时对您说的是“多体问题可能有答案了”。但至少对我而言,我觉得这个解答足够让我理解一些问题背后的物理图景了。这里跟您分享一下。

祝好

赵福垚

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注一:原文“天体物理学力”乃“天体物理学里”之误。

注二:原文“大质量天体将小质量天体弹飞”改成“大质量天体将小质量天体甩飞”可能好点。

注三:原文“这个猜想放在宇宙学中”可能要加上“不考虑暗物质”这一前提。

注四:原文最后的猜想隐含了“时间足够长”这一前提,但这一“足够长”的时间可能超出宇宙的寿命了。



https://blog.sciencenet.cn/blog-282560-1436737.html

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1 杨正瓴

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