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突破，物理学家几近攻克三体问题，对三体作用作出了最好的预测

突破，物理学家几近攻克三体问题，对三体作用作出了最好的预测
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几个世纪以来，物理学家一直在努力解决一个关于自然的难题：面对三颗恒星的碰撞过程，天文学家可以以纳米和毫秒为单位测量它们的位置和速度，但这不足以预测恒星的命运。
宇宙中经常会出现三个恒星（或黑洞）相互作用的情况。如果天体物理学家想要完全了解天体混杂的区域，他们必须面对“三体问题”。
虽然单一三体事件的结果是不可知的，但研究人员正在研究如何预测大范围内三体相互作用的情况。近年来，不同的研究小组已经找到了对假设的三体匹配统计预测的方法。例如，如果地球与火星和水星“纠缠”了数千次，那么火星被驱逐的频率是多少？现在，物理学家巴拉克·科尔（Barak Kol）提出了一个新的视角，通过从一个抽象的新视角来看待概率的“三体问题”，简化了这个问题。这一结果实现了一些迄今为止最准确的预测。
混沌的量是多少？
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当引力把两个物体吸引到一起时，可能的结果很简单。这些物体可能合并，或者它们可能进入一个共同质心的椭圆轨道。艾萨克·牛顿在17世纪写下了捕捉这些运动的简单方程。
但如果一颗恒星接近一对已经围绕彼此运转的恒星，那么所有的猜测都将失准。入侵者可能会以一种可预测的方式迅速经过。或者，它可能会加入双星，引发一场可能持续片刻或数年的激烈运动，直到三颗星中的一颗被另外两颗抛到一边。
1889年，著名数学家亨利·庞加莱指出，没有一个方程能够准确地预测三个天体在未来所有时刻的位置。由于对单个三体事件的完美预测是不可能的，物理学家转向统计预测。已知了这三个天体的一般信息，比如它们的能量和它们的整体自旋，最轻的那个最终会被踢出去的概率是多少？
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庞加莱
为了思考这个问题，物理学家放弃了熟悉的3D空间背景，进入了一个被称为“相空间”的抽象领域。在这个新领域里，每一个点都代表着这三颗恒星的一种可能的构型：这是三个天体各自的三维位置、三维速度和质量——一个不变的21维空间。一个特定的三体事件（比如一颗星飞向一对双星）开始于相空间的某个点，随着它从一种构型演化到另一种构型，它会描绘出一条路径。
在这个框架下，物理学家已经能够让“混沌”为他们所用。对于一个混沌的系统，可能的结果不止一种，而是多种。这意味着如果你让三体系统随着时间进化，它将探索每一个可能的混沌路径，最终遍历它相空间某个混沌区域的每一个角落。对于三体问题，科学家可以通过统计计算每个物体最终可能的位置，通过精确计算其相空间内代表混沌运动的体积。
物理学家们利用守恒定律等理论，将整个相空间缩减为一个更简单的八维“操场”。但要准确定义其中的混沌区域一直是个挑战，部分原因是三个共同轨道的天体可以在混沌和规则运动之间跳跃（通过暂时踢出一个物体）。不同的团队以不同的方式可视化了混沌空间的体积，最终于2019年由耶路撒冷希伯来大学（Hebrew University of Jerusalem）的尼古拉斯·斯通（Nicholas Stone）建立了一个明确的模型，建立了迄今为止最精确、数学上最严格的三体模型。
一个漏的混沌气球
这正是同样来自耶路撒冷希伯来大学的科尔所做的。斯通以及之前的研究团队都关注于混沌区域的边界，在这个区域中，三体系统通过踢出一个物体，从混沌状态过渡到规律运动状态。
相比之下，耶路撒冷希伯来大学的科尔研究的是混沌体中的一个隐喻性空洞，这种转变更有可能发生。一个三体系统在混沌区域内弹跳的时间越长，就越有可能找到这样的空洞，从而抛出一个成员并结束混沌运动。科尔认为，这个出口告诉了你所有关于统计三体问题的信息。
斯通之前的方法把混乱区域想象成一个气球，整个表面都有漏洞。斯通说，科尔的方法是说气球上有离散的洞，有些洞比其他洞更容易泄漏。
科尔用一种叫做混沌吸收率的函数来捕捉混沌气球漏洞的形状。原则上，我们可以使用这个函数和科尔的框架，回答任何关于整个相空间多维度的统计问题。
谁会被剔除？
到目前为止，科尔的想法似乎很有希望。今年1月，东京大学的曼瓦德卡尔、科尔、利和亚历山德罗·特拉尼发表了一篇论文，他们进行了一场大对决，看看科尔的理论如何与其他三体统计预测理论相抗衡。

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