物理学家们花了数百年的时间来解决关于自然的不便事实：面对碰撞过程中的三颗恒星，天文学家可以纳米级和毫秒级来测量其位置和速度，而这不足以预测恒星的命运。
但是宇宙经常聚集星星和黑洞的三重奏。如果天体物理学家希望充分了解天体混杂的地区，他们必须面对“三体问题”。
尽管单个三体事件的结果是不可知的，但研究人员正在发现如何预测大型三体相互作用组的结果范围。近年来，各个小组已经研究出如何对假设的三体对决进行统计预测：例如，如果地球与火星和水星纠缠数千次，那么火星会被抛射多久？现在，物理学家巴拉克·科尔（Barak Kol）提出的崭新视角，通过从抽象的新视角进行考察，简化了概率“三体问题”。结果实现了一些最准确的预测。
智利康塞普西翁大学（University ofConcepción）的天文学家内森·利（Nathan Leigh）说：“它确实做得很好。” “我认为巴拉克的[模特]现在是最好的。”
当重力将两个对象吸引在一起时，潜在的结果很简单。这些对象可能会彼此缩放，或者可能会进入围绕共享质心的椭圆轨道。艾萨克·牛顿（Isaac Newton）能够写下简短的方程式，以捕捉1600年代的这些运动。
但是，如果一颗恒星接近已经彼此绕行的一对恒星，那么所有的赌注都将消失。入侵者可能会以可预测的方式放大。否则它可能会进入竞争状态，从而引发一段可能持续片刻或数年的愤怒循环和转弯。最终，当三颗星中的一颗与另一颗星分开时，狂怒总是消退。将出现以下两种情况之一：如果第三个轮子有足够的能量，它就会逃脱，使该对保持和平。否则，该第三个物体将拉开，仅再次向后退，并再次发动混乱。
著名的数学家亨利·庞加莱（HenriPoincaré）在1889年证明，没有方程能够准确地预测所有未来时刻这三个物体的位置，并赢得了由瑞典国王奥斯卡二世赞助的竞赛。在这个三体的案例中，庞加莱发现了混沌的第一个实例，这种现象的结果可以有效地与它的产生方式脱节。
由于不可能对单个三体事件进行完美的预测，因此物理学家转向了统计预测。给定有关这三个物体的一般信息，例如它们的能量和它们的集体自旋，那么对于最轻的一个物体最终会被踢出去的可能性，人们有什么看法呢？
为了思考这个问题，物理学家已经放弃了熟悉的3D空间背景，而转向了一个称为“相空间”的抽象舞台。在这个广阔的新领域中，每个点都代表着三颗恒星的一种可能配置：这是三个物体中每个物体的3D位置，3D速度和质量-不变的21维空间，所有这些都告诉我们。特定的三体事件（例如，一颗恒星朝一对飞行）在相空间中的某个点开始，并追踪从一种结构演变为另一种结构的路径。
在这种框架下，物理学家已经能够利用混乱来发挥自己的优势。对于一个混沌系统，不仅有一个可能的结果，而且还有很多。这意味着，如果让三体系统随时间演化，它将探索所有可能的混沌路径，最终到达其相空间某个混沌区域的每个角落。对于三体问题，科学家可以通过统计计算其相空间内代表混沌运动的体积，从而统计地计算出每个体最终的位置。
物理学家使用诸如守恒定律的要求将整个相空间缩减为八个维度的更简单的“运动场”。但是精确地定义其中的（也是八维的）混沌区域一直是一个挑战，部分原因是三个协同运行的物体可以在混沌运动和规则运动之间跳动（通过暂时踢出一个物体）。各个小组以不同的方式可视化了混沌空间的体积，最终形成了耶路撒冷希伯来大学尼古拉斯·斯通（Nicholas Stone）和利（Leigh）的权威模型，该模型在2019年消除了过去的假设，从而建立了最准确且数学上最严格的三体模型迄今为止。
隶属于纽约美国自然历史博物馆的利说：“你做得比我们做得更好。” “您唯一能做的就是提出一个不同的模型。”
漏水的混沌气球
这正是耶路撒冷希伯来大学的科尔所做的。Stone和Leigh以及先前的小组将注意力集中在该混沌区域的边界上，该区域是三体系统通过踢出一个身体而从混沌转变为规则运动的地方。
相比之下，耶路撒冷希伯来大学的科尔则研究了一个混沌体积中的隐喻“空洞”，这种转变更有可能发生。三体系统在混沌区域内反弹的时间越长，找到这样一个孔，弹出一个构件并逃脱混沌运动的可能性就越大。科尔认为，这种出口的性质告诉您有关统计三体问题的所有知识。
Stone和Leigh以前的方法将混乱区域想象为“一个气球，整个表面有点漏水，到处都有相同的漏水，” Stone说。“巴拉克[Kol]的方法是说：“不，气球上有离散的孔，有些补丁比其他气球泄漏。”
Kol以一种称为“混沌吸收性”的神秘功能捕获了混沌气球出口的形状-如果向恒星夫妇发射第三颗恒星，则恒星具有一定能量的几率会变得混乱（相对于这对夫妇立即拒之门外的可能性）新人）。使用此功能和Kol的框架，原则上可以回答有关所有多维荣耀中整个相位空间的任何统计问题，例如，当三重奏将弹出一个成员（平均）时，它会飞走的几率一定的速度，以及其余一对轨道的可能形状范围。他的理论于4月1日发表在《天体力学与动力学天文学》杂志上。
芝加哥大学的研究人员Viraj Manwadkar说，这一理论“在解决[统计三体模型]方面大有作为”。“它大大简化了（问题）。”
谁得到启动？
到目前为止，科尔的想法似乎很有希望。在1月份发布到预印本数据库arXiv上的一篇尚未同行评议的论文中，东京大学的Manwadkar，Kol，Leigh和Alessandro Trani举行了一场皇家大战，以期了解Kol的理论如何与其他统计三体预测相抗衡。
他们在不同质量的三颗恒星之间进行了数百万次混搭模拟，以查看每颗恒星被踢出群的频率。当恒星的质量相同时，混沌运动的不可预测性将确保每个人都有三分之一的机会获得靴子，而无需花哨的模型。
但是随着质量的倾斜，出现了一种模式：较轻的恒星更容易弹出。当三个物体的质量分别为10个太阳（质量为太阳质量的10倍），15个太阳和20个质量太阳时，例如10个质量。太阳星在78％的模拟中被淘汰。Kol的理论对这一预测表示了肯定，而竞争对手的理论则预测轻量化的抛射将在70％到87％的时间之间发生。随着群众的不平等，新的框架做得更好。
斯通说：“这些预测非常准确。”
从数字恒星到天体物理学
问题在于，没有人知道如何精确地描述孔的形状，混沌的吸收率函数（这又是一个复杂的多维对象）。该理论擅长预测将弹出的物体，因为从某种意义上讲，这种特定的计算在许多不同的孔上“求平均值”，从而使研究人员无需再进行细节研究。
但是要做出这样的预测，天体物理学家真的很在意，例如在混乱的三体相遇后留下的恒星对的椭圆轨道的典型形状，混沌的吸收率非常重要。Stone和Leigh的2019年模型已经可以做出这些预测，该模型可以计算八个维度上的混沌区域的体积。
为了帮助Kol的模型做出相似的预测，Manwadkar计划对许多单颗恒星碰撞成对碰撞进行模拟，这将有助于逐点勾勒出神秘的吸收率函数的形状。最终，他希望有一个很好的等式来描述其整个形状，从而解决统计三体问题。
Manwadkar说：“梦想是获得数学表达式。”这将使迄今为止最准确的统计预测成为可能。
如果研究人员成功，下一步将是了解该理论对宇宙中三体混沌的真实事件所要说的话。
恒星可以集中在恒星密集的星团中，在那里单身经常成对出现，三体模拟可以帮助研究人员了解数百万个三体事件随时间如何改变此类星团。黑洞之间的三向相遇被认为留下了一些合并并发出引力波的对。一个好的统计三体解决方案可以帮助激光干涉仪重力波天文台（LIGO）的天体物理学家和未来的重力波探测器更深入地了解他们的观测结果。
斯通说：“令我兴奋的是将一种或两种（模型）应用于天体物理问题。”
