三体问题是什么

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边姿91
2023-01-04 · 超过34用户采纳过TA的回答
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三体问题(three-body problem)是天体力学中的基本力学模型。它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间只有万有引力的作用下如何预测其运动规律。现已知三体问题不能精确求解,即无法预测所有三体问题的数学情景,只有几种特殊情况已研究。三体问题最简单的一个例子就是太阳系中太阳、地球和月球的运动。在浩瀚的宇宙中,星球的大小可以忽略不记,所以我们可以把它们看成质点。如果不计太阳系其他星球的影响,那么它们的运动就只是在引力的作用下产生的,所以我们就可以把它们的运动看成一个三体问题。研究三体问题的方法大致可分为分析方法、定性方法、数值方法三类。

19世纪末的物理学家亨利·庞加莱在当时曾研究后给出结论:三体问题无解。准确地来说,是数学上非线性,无解析解,只有数值解。但是在计算数值解的过程中,初始的微小误差会被不断放大,以及计算叠加过程中本身的计算误差,从而导致最终无法获得一个稳定的数值,从而无法预测三体的运动状态,结果是混沌。
随着科技的发展,研究人员决定尝试一种规律识别类型的人工智能—神经网络,它大致模拟了大脑的运作机制。神经网络在具备预测能力之前,必须先通过输入大量数据进行深度学习,研发团队采用Brutus软件生成了9900个简化版的三体问题情境,用于训练神经网络。随后使用5000个新情境对神经网络进行测试,判断其能否精确预测出这些场景的演变轨迹。结果显示预测结果不仅与Brutus非常接近,并且转瞬间便可完成计算。相比之下Brutus的平均计算时间需要花费120秒。这套算法目前处于概念验证阶段,它目前只能按规定时长运行,无法提前预知某个情境需要多久才能完成演化。对于规模更大、更复杂的预测,需要Brutus生成大量数据后“神经网络”进行深度学习,耗时长,费用高昂是该系统的拦路虎。目前研究团队预计将Brutus程序与“神经网络”融合使用,神经网络仅负责复杂计算的模拟部分。AI应用在天体的运行问题中已逐渐可行,将来会在天文学科中发挥更重要的作用。

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