
【化】 three-body problem
三体问题的汉英词典解释与科学内涵
定义
三体问题(Three-Body Problem)是天体力学中的经典动力学问题,指在仅受牛顿万有引力作用时,三个质点(如天体)的初始位置和速度确定后,预测其后续运动规律的问题。该问题在汉语中对应英文术语“Three-Body Problem”,属于非线性微分方程领域的复杂系统研究范畴(来源:Encyclopedia Britannica)。
历史背景与数学表达
三体问题最早由牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出,但因其无法通过解析法彻底求解而闻名。其数学核心可表述为:
$$
m_i frac{d mathbf{r}i}{dt} = G sum{j eq i} frac{m_i m_j (mathbf{r}_j - mathbf{r}_i)}{|mathbf{r}_j - mathbf{r}_i|}
$$
其中$m_i$为质点质量,$mathbf{r}_i$为位置矢量,$G$为引力常数。庞加莱在19世纪证明该系统存在混沌特性,即初始条件的微小偏差会导致长期轨迹的不可预测性(来源:Stanford University Physics Department)。
研究现状与应用
现代研究通过限制性条件(如忽略一个天体质量)或数值模拟(如辛积分算法)获得特定解。典型案例包括:
权威研究机构参考
三体问题是天体力学中的经典模型,指三个可视为质点的天体在相互万有引力作用下的运动规律问题。以下是其核心要点:
三体问题研究三个任意质量、初始位置和速度的天体在引力作用下的长期运动轨迹。其数学本质是求解由18个变量(每个天体6个自由度)组成的非线性微分方程组,但由于系统复杂性,无法得到通用解析解。
二体问题(如地球绕太阳)有明确的椭圆轨道解,而三体问题因引力叠加导致轨道无固定规律,可能发生天体逃逸或碰撞。
三体问题揭示了自然界中复杂系统的不可预测性,其研究推动了混沌理论、数值计算和天体力学的发展。如需更详细数学模型或历史案例,可参考(权威百科)及(拉格朗日点解析)。
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