Recientemente me enteré del descubrimiento de 13 hermosas soluciones periódicas al problema de los tres cuerpos, descritas en el artículo
Tres clases de órbitas periódicas planas de tres cuerpos newtonianos. Milovan Šuvakov y V. Dmitrašinović. física Rev. Lett. 110 núm. 11, 114301 (2013) . arXiv:1303.0181 .
Estoy particularmente impresionado por lo elaboradas que son las soluciones, y me sorprende la tentadora insinuación de una infinidad de otras órbitas distintas dadas por la analogía con un grupo libre . Las soluciones se pueden ver en la Galería de tres cuerpos , que tiene animaciones de las nuevas órbitas en el espacio real y en algo llamado "esfera de forma", que se describe en el documento.
Ya conocía la solución de la figura de ocho, que se describe muy bien en
Una nueva solución al problema de los tres cuerpos, y más . Bill Casselman. Columna de características de AMS.
y que fue descubierto numéricamente por Christopher Moore ( Phys. Rev. Lett. 70 , 3675 (1993) ). Entiendo que se ha demostrado que la solución de la figura de ocho existe realmente como una solución del problema ODE, en
Una notable solución periódica del problema de los tres cuerpos en el caso de masas iguales. Alain Chenciner y Richard Montgomery. Ana. Matemáticas 152 no. 3 (2000), págs. 881-901 .
También hay una gran clase de soluciones llamadas -coreografías corporales de Carles Simó, en las que varios cuerpos -posiblemente más de tres- siguen la misma curva. Simó encontró una gran clase de ellos en 2000 ( DOI / pdf ), aunque esta buena revisión ( DOI ) parece implicar que aún falta una prueba teórica formal de que existen como soluciones periódicas del problema ODE.
Entonces, esto me lleva a mi pregunta real. Para las simulaciones numéricas, por muy bien que las hagas, al final solo tendrás una aproximación de precisión finita a una solución de una ecuación diferencial que se propaga por un tiempo finito. Además, puede hacer un análisis de estabilidad numérica que sugiera fuertemente (¿o demuestre rigurosamente?) que está (o no está) en una órbita estable. Sin embargo, esto está bastante lejos de un teorema de existencia riguroso para una órbita periódica con esa simetría.
Con esto en mente, entonces, ¿con qué espíritu se hacen estas simulaciones? ¿Es un enfoque puramente numérico, con la esperanza de que los buenos números indiquen la existencia, pero con una prueba rigurosa dejada a los matemáticos a través de cualquier otro medio que puedan manejar? ¿O hay algún teorema general que indique la existencia de una solución verdaderamente periódica después de un umbral dado? ¿Qué herramientas existen para probar teoremas de existencia de soluciones periódicas?
Parece que fueron capaces de demostrar rigurosamente la existencia de coreografías de N-cuerpos utilizando el método de intervalo de Krawczyk para mostrar que existe un mínimo para el problema variacional resuelto en el subespacio del espacio de fase completa que satisface algunas condiciones de simetría.
Siguiendo los enlaces dados, encontré este documento donde explican el método. No es exactamente un material de lectura ligero, pero en la página 6 dicen: "Si todas estas condiciones se cumplen, entonces del Teorema 4.5 estamos seguros de que en el conjunto hay una condición inicial para la coreografía. Además, como el conjunto Z suele ser muy pequeño, la forma de la coreografía probada es muy similar a nuestra primera aproximación".
Suena como si comenzaran con "una suposición inicial", pueden demostrar que existe una "solución exacta" muy cercana a esta suposición inicial. Y probablemente se pueda obtener una curva arbitrariamente cercana a la solución real haciendo cálculos cada vez más precisos. Pero la existencia de la coreografía se establece rigurosamente con la ayuda de su método numérico.
Tenga en cuenta que al comienzo del artículo, mencionan las soluciones obtenidas por los métodos numéricos habituales como "soluciones producidas de manera numérica no rigurosa".
No es la respuesta que desea, pero... Hice lecturas de algunas fuentes anteriores. Y tenía mis ojos en algunos problemas de N-cuerpo.
¿Qué puedo decir? - enfoque no simpléctico en es inestable por defecto. Runge-Kutta, cualquier método de cuantificación - inestable. La ausencia de estabilidad es el problema general. Se mantiene para muchos problemas.
Buscando periódico es casi lo mismo que la solución de con algunos matices.
Pero básicamente, no hay respuesta a la siguiente pregunta (que es básicamente ergódica, pero más profunda y sofisticada como problema):
¿Cuánto tiempo requiere el cuerpo para obtener velocidad libre y salir del sistema en función de las condiciones iniciales dadas?
El enfoque simpléctico puede crear una solución virtual "real" a la que se está moviendo con alguna serie u otra técnica de expansión. Luego, puede extraer serie sobre serie y convertir el problema en un caos simbólico. También hay un campo de investigación actual.
aplicación1. ¿Qué es esto llamado "coreografía"?
Tienen la solución del problema numérico, pero ninguna prueba de que este esquema numérico sea absolutamente integrable en la órbita real. Para la integración en órbita, se debe describir el mecanismo con el cual agregar más cómputo, permite tener
Por lo tanto, no podría ser absolutamente integrable, no eres libre de elegir .
Emilio Pisanty