从牛顿、三体到混沌:科学认知如何从简单到复杂(3)

2023-05-04 来源:飞速影视
第谷对天文学的观测奠定了开普勒的基础、奠定了万有引力定律的开始。作为他的学生,开普勒观测了火星运动。如果当初没有观测火星的话,大家会认为行星的轨道是圆形的,所以牛顿才终于发现了万有引力,而并不仅仅是因为一个苹果掉在他的头上。
用经典方法无法解决三体问题
当牛顿发现万有引力定律后,第一个问题是想解决多体问题,既有万有引力,又有牛顿力学,再加上微积分,这样的天文学问题变成了数学问题。

从牛顿、三体到混沌:科学认知如何从简单到复杂


如何根据这些物理定律来找到行星运动的轨道,精确地推算轨道。太阳和一个行星在一起就是二体问题,我们已经知道二体问题的轨道是稳定性轨道,而太阳与两个行星放在一起就叫三体问题,天体越多就变成越复杂的数学问题。三体问题花了很长时间,最终人们发现三体问题是不可解的。
太阳系远远超过三体,有太阳,有行星,行星还有卫星,还有其他很多小天体。整个太阳系是一个庞大的体系,远远超过三体,是更复杂的多体问题。既然三体问题都没法解,对于多体问题,用经典的方法去解决太阳系的运动,显然也是不太可能的。
这里需要再提一下牛顿,他同样也是位“怪”人,上半辈子做了非常伟大的科学工作,但他是非常虔诚的基督徒,认为太阳系是不稳定的。人们会问太阳系既然不稳定,那人类怎么可能生存?牛顿的解释是,上帝每隔一段时间就来推一下行星或者球,让地球回到稳定的轨道上不会偏离太远。
牛顿一直试图用数学的方法来证明上帝的存在,用数学公式去解开行星的轨道,现在看来非常荒唐的,所以有人开玩笑的说,牛顿被苹果砸了后,大脑其实不太好了。
关于行星的稳定性,每一位伟大的科学家都会提出自己的见解,这些见解有时候介于数学分析,有时候介于猜测。

从牛顿、三体到混沌:科学认知如何从简单到复杂


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