Das Dreikörperproblem ist ein bekanntermaßen schwieriges Rätsel in Physik und Mathematik und ein Beispiel für die Komplexität der natürlichen Welt. Zwei Objekte, die einander umkreisen, wie ein einsamer Planet einen Stern umkreist, können mit nur ein oder zwei Zeilen mathematischer Gleichungen beschrieben werden. Wenn man jedoch einen dritten Körper hinzufügt, wird die Mathematik viel komplizierter. Da jedes Objekt die anderen durch seine Schwerkraft beeinflusst, ist die Berechnung einer stabilen Umlaufbahn, in der alle drei Objekte koexistieren, eine schwierige Aufgabe.
Ein internationales Team von Mathematikern behauptet, 12.000 neue Lösungen für dieses berüchtigte Problem gefunden zu haben – eine bedeutende Ergänzung zu den Hunderten bisher bekannter Szenarien. Ihre Arbeit wurde als Vorabdruck in der arXiv-Datenbank veröffentlicht.
Vor mehr als 300 Jahren schrieb Isaac Newton seine grundlegenden Bewegungsgesetze nieder und Mathematiker arbeiten seither fast ununterbrochen an Lösungen für das Dreikörperproblem. Es gibt keine einzige richtige Antwort. Stattdessen gibt es viele Umlaufbahnen, die im Rahmen der physikalischen Gesetze für drei rotierende Objekte funktionieren können.
Ein Planet, der einen Stern umkreist – kein Problem. Zwei oder mehr Planeten umkreisen einen Stern? Dies ist eines der größten Probleme der Astrophysik. NASA
Anders als die einfache Schleife unseres Planeten um die Sonne können die Umlaufbahnen beim Dreikörperproblem verdreht und verworren aussehen, wie Brezeln und Kritzeleien. Die 12.000 neu entdeckten Objekte bilden da keine Ausnahme: Drei hypothetische Objekte beginnen im Stillstand und werden nach ihrer Freigabe durch die Schwerkraft in unterschiedlichen Spiralen aufeinander zugezogen. Dann eilen sie aneinander vorbei und entfernen sich immer weiter voneinander, bis die Anziehungskraft überhand nimmt und sie wieder zusammenkommen. Dieses Muster wiederholt sich immer wieder.
Die Umlaufbahnen „haben eine sehr schöne räumliche und zeitliche Struktur“, sagte der Hauptautor Ivan Hristov, ein Mathematiker an der Universität Sofia in Bulgarien, gegenüber New Scientist. Khristov und seine Kollegen fanden diese Umlaufbahnen mithilfe eines Supercomputers und er ist zuversichtlich, dass er mit noch fortschrittlicherer Technologie „fünfmal mehr“ finden könnte.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Dreikörpersysteme kommen im Universum recht häufig vor. Es gibt viele Sternensysteme mit mehreren Planeten oder sogar mehreren Sternen, die einander umkreisen. Theoretisch könnten sich diese neuen Lösungen für Astronomen, die versuchen, den Kosmos zu erklären, als äußerst wertvoll erweisen. Sie sind jedoch nur dann nützlich, wenn sie stabil sind, d. h., die Umlaufbahnmuster können sich im Laufe der Zeit wiederholen, ohne zu zerfallen und eine der Teilwelten in den Weltraum zu schleudern. Nur weil sie theoretisch stabil sind, heißt das nicht, dass sie den vielen anderen Kräften standhalten, die in einem echten Sternensystem vorhanden sind.
„Ihre physikalische und astronomische Bedeutung wird klarer, wenn wir ihre Stabilität untersuchen – das ist sehr wichtig“, sagte Khristov.
Johan Frank, ein Astronom an der Louisiana State University, der nicht an der Arbeit beteiligt war, ist skeptisch, dass diese Umlaufbahnen stabil sein werden. „Sie werden in der Natur wahrscheinlich nie realisiert werden“, sagte er gegenüber New Scientist. „Nach einer komplexen, aber vorhersehbaren Wechselwirkung auf der Umlaufbahn zerfallen solche Dreikörpersysteme typischerweise in ein Doppelsternsystem und einen außer Kontrolle geratenen dritten Körper, normalerweise den masseärmsten der drei.“
Aber wie dem auch sei, diese Lösungen sind ein mathematisches Wunder. Laut Khristov sind sie „egal, ob stabil oder instabil, von großem theoretischen Interesse.“
Siehe auch... Vollständige Liste der HTML/Javascript-Ereignishandler mit Beispielen Liste der erforderlichen Dokumente für eine Website in der Russischen Föderation |
No related posts found...
