Return to Video

توضیح مسئله سه جسم نیوتون - فابیو پاکوچی

  • 0:08 - 0:12
    در سال ۲۰۰۹، دو محقق
    آزمایشی ساده را اجرا کردند.
  • 0:12 - 0:15
    تمام اطلاعاتی را که درباره منظومه
    شمسی می‌دانیم جمع‌آوری کرده
  • 0:15 - 0:21
    و محاسبه کردند که هرکدام از این سیارات
    در ۵ میلیارد سال آینده در کجا قرار دارند.
  • 0:21 - 0:25
    برای این کارآن‌ها بیش از
    ۲,۰۰۰ شبیه‌سازی اجرا کردند
  • 0:25 - 0:30
    با ورودی‌های کاملا یکسان به جز یک تفاوت:
  • 0:30 - 0:35
    در هر شبیه سازی آن‌ها
    فاصله عطارد و خورشید را
  • 0:35 - 0:38
    به اندازه کمتر از
    یک میلی‌متر تغییر می‌دادند.
  • 0:38 - 0:41
    به شکل حیرت‌انگیزی،
    در حدود ۱ درصد شبیه‌سازی آن‌ها،
  • 0:41 - 0:46
    مدار عطارد به طرز چشم‌گیری تغییر کرده
    به صورتی که می‌تواند در خورشید فرو رود
  • 0:46 - 0:49
    یا با زهره برخورد کند.
  • 0:49 - 0:50
    بدتر از همه،
  • 0:50 - 0:55
    در یکی از شبیه‌سازی‌ها، این موضوع
    کل منظومه شمسی داخلی را بی‌ثبات می‌کرد.
  • 0:55 - 0:59
    این یک اشتباه نبود؛
    تنوع حیرت‌انگیز نتایج
  • 0:59 - 1:05
    نشان‌دهنده این حقیقت است که منظومه شمسی ما
    ممکن است از آنچه می‌دانیم ناپایدارتر باشد.
  • 1:05 - 1:10
    اخترشناسان به این خاصیت حیرت‌انگیز
    سیستم‌های گرانشی
  • 1:10 - 1:12
    مسئله چندجسمی می‌گویند.
  • 1:12 - 1:15
    وقتی ما معادله‌هایی داریم
    که کاملا می‌توانیم
  • 1:15 - 1:18
    حرکت دو جسم گرانشی را پیش‌بینی کنیم،
  • 1:18 - 1:24
    ابزارهای آنالیز ما هنگام مواجهه با
    سیستم‌های پرجمعیت بیشتر کوتاه می‌آیند.
  • 1:24 - 1:29
    درواقع غیرممکن است که
    همه شرط‌های فرمول اصلی را
  • 1:29 - 1:35
    که می‌توانند حرکت سه جسم یا بیشتر
    اجسام گرانشی را توضیح دهند را بنویسیم.
  • 1:35 - 1:42
    چرا؟ مسئله این است که چند متغیر مجهول
    در سیستم چندجسمی وجود دارد.
  • 1:42 - 1:45
    به لطف ایزاک نیوتون، می‌توانیم
    گروهی از معادلات را بنویسیم
  • 1:45 - 1:49
    که نیروی گرانشی بین دوجسم را توضیح دهد.
  • 1:49 - 1:54
    به هرحال، وقتی تلاش می‌کنیم تا پاسخی عمومی
    برای یکی از متغیرهای مجهول پیدا کنیم
  • 1:54 - 1:55
    در این معادلات،
  • 1:55 - 1:58
    با یک محدودیت ریاضی روبرو می‌شویم:
  • 1:58 - 2:02
    به ازای هر مجهول، باید حداقل یک
    معادله وجود داشته باشد
  • 2:02 - 2:04
    که به صورت مستقل بتواند آن را توضیح دهد.
  • 2:04 - 2:09
    در ابتدا، به نظر می‌رسد در
    یک سیستم دو جسمی نسبت به
  • 2:09 - 2:13
    معادلات حرکت متغیرهای مجهول‌تری
    برای موقعیت و سرعت وجود دارد.
  • 2:13 - 2:15
    به هرحال،یک روش وجود دارد:
  • 2:15 - 2:19
    فرض را بر این بگیریم که
    موقعیت و سرعت دو جسم را
  • 2:19 - 2:23
    با توجه به مرکز ثقل سیستم درنظر بگیریم.
  • 2:23 - 2:27
    این حقه، باعث کاهش تعداد مجهول‌ها می‌شود و
    ما را با یک سیستم قابل حل روبرو می‌کند.
  • 2:27 - 2:33
    با وجود سه یا بیشتر شی در مدار،
    اوضاع پیچیده‌تر نیز می‌شود.
  • 2:33 - 2:37
    حتی با حقه ریاضی یکسان
    حساب کردن نسبی حرکات،
  • 2:37 - 2:42
    تعداد مجهول‌ها از معادلاتی که
    آن‌ها را توضیح دهد بیشتر می‌شود.
  • 2:42 - 2:46
    در این سیستم متغیرهای بسیار زیادی
  • 2:46 - 2:50
    برای ایجاد یک راه‌حل عمومی وجود دارد.
  • 2:50 - 2:54
    اما اجزای موجود در جهان ما بر اساس
  • 2:54 - 2:59
    معادلات تحلیلی غیرقابل حل ما
    چگونه حرکت می‌کنند؟
  • 2:59 - 3:02
    یک سیستم با سه ستاره مثل آلفا سانتوری
  • 3:02 - 3:05
    می‌توانند باهم برخورد کنند
    یا به احتمال زیاد
  • 3:05 - 3:10
    برخی از آن‌ها ممکن است پس از مدت طولانی
    ثبات ظاهری از مدار خارج شوند.
  • 3:10 - 3:14
    به غیر از چند موقعیت بسیار پایدار ورودی
  • 3:14 - 3:21
    تقریبا تمام وضعیت‌های ممکن برای
    دوره طولانی مدت غیرقابل پیش‌بینی‌اند.
  • 3:21 - 3:25
    هر وضعیت دارای یک طیف گسترده
    از نتایج احتمالی است،
  • 3:25 - 3:30
    که به کوچکترین تغییر
    در سرعت و موقعیت بستگی دارد.
  • 3:30 - 3:34
    این رفتار به رفتار آشوبی
    در فیزیک معروف است،
  • 3:34 - 3:37
    و یکی از ویژگی‌های مهم سیستم چند جسمی است.
  • 3:37 - 3:42
    این سیستم هنوز قابل اندازه‌گیری است و
    هیچ‌چیز در آن اتفاقی نیست.
  • 3:42 - 3:46
    اگر چند سیستم دقیقا با
    یک وضعیت کاملا یکسان شروع شوند،
  • 3:46 - 3:48
    همه آن‌ها به یک نتیجه خواهند رسید.
  • 3:48 - 3:54
    اما ایجاد یک تغییر کوچک درشروع،
    همه چیز را تغییر می‌دهد.
  • 3:54 - 3:57
    این موضوع به وضوح به ،
    ماموریت‌های فضایی انسان مربوط است،
  • 3:57 - 4:02
    وقتی مدارهای پیچیده نیازمند
    اندازه‌گیری با دقت بالا هستند.
  • 4:02 - 4:06
    خوشبختانه، پیشرفت‌های ادامه‌دار
    در شبیه‌سازی کامپیوتری
  • 4:06 - 4:09
    تعدادی راه جهت
    جلوگیری از فاجعه ارائه می‌دهد.
  • 4:09 - 4:14
    با تقریب راه‌حل‌ها
    با پردازنده‌های قدرتمند،
  • 4:14 - 4:20
    با اطمینان بیشتری می‌توانیم حرکت سیستم‌های
    چند جسمی را در طولانی‌مدت پیش‌بینی کنیم.
  • 4:20 - 4:23
    و اگر یک جسم در از سه جسم بسیار سبک بود
  • 4:23 - 4:26
    و فرض کنیم آن جسم
    نیرویی بر دوجسم دیگر وارد نمی‌کند،
  • 4:26 - 4:31
    رفتار سیستم، بسیار شبیه به یک سیستم
    دو جسمی رفتار می‌کند.
  • 4:31 - 4:35
    این رویکرد به عنوان
    «مسئله سه جسم محدود شده» نام دارد.
  • 4:35 - 4:38
    این موضوع در توصیف برای مثال
  • 4:38 - 4:42
    یک سیارک در میدان گرانشی زمین-خورشید،
  • 4:42 - 4:47
    یا یک سیاره کوچک در میدان
    یک سیاه چاله یا ستاره بسیار مفید است.
  • 4:47 - 4:49
    درمورد منظومه شمسی ما،
    خوشحال خواهی شد اگر بدانی
  • 4:49 - 4:53
    که می‌توانیم به ثبات این منظومه
  • 4:53 - 4:56
    برای حداقل صد میلیون سال آینده
    اطمینان معقولی داشته باشیم.
  • 4:56 - 4:58
    اگر یک ستاره دیگر،
  • 4:58 - 5:02
    در سراسر کهکشان به سمت ما حرکت کند،
  • 5:02 - 5:04
    همه‌چیز تغییر می‌کند.
Title:
توضیح مسئله سه جسم نیوتون - فابیو پاکوچی
Speaker:
فابیو پاکوچی
Description:

دیدن کامل ویدیو: https://ed.ted.com/lessons/newton-s-three-body-problem-explained-fabio-pacucci

در سال ۲۰۰۹ ، پژوهشگران یک آزمایش ساده اجرا کردند. آن‌ها هرچیزی که درباره منظومه شمسی می‌دانیم را جمع کردند و محاسبه کردند که هرکدام از این سیارات در بیش از ۵ میلیارد سال بعد درکجا قرار دارند. آن‌ها بیش از ۲,۰۰۰ شبیه‌سازی انجام دادند و تنوع حیرت‌انگیز نتایج نشان داد که منظومه شمسی ما ممکن است از آنچه که به نظر می‌رسد ناپایدارتر باشد. فابیو پاکوچی در مسئله سه جسم و حرکت اشیای گرانشی کاوش می‌کند.

درس توسط فابیو پاکوچی ، کارگردانی توسط هایپ سی جی

more » « less
Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:09

Persian subtitles

Revisions