您現在的位置是:首頁 > 網頁遊戲首頁網頁遊戲

《規律簡史》|兩體作用系統的可逆性和穩定性

簡介兩體系統的空間結構是一維的,是一條直線,其變化的路徑是唯一的,變化的過程是可逆的,沒有時間的方向性,遵守線性的逆反互補律,因而是決定論的

可逆系統怎麼判定

經典物理學基本上就是以一系列線性作用逆反律為主體所構建起來的物理學體系。經典物理學之所以具有決定論的特點,是因為線性作用逆反律是決定論的,線性作用逆反律所支撐的兩體系統是決定論的。一個系統是不是變化,其變化是不是可逆,是不是決定論的,都有著時空關係上的原因。

一體系統的空間結構是零維的,只是一個點,沒有變化路徑。在零維空間中沒有運動,沒有時間,沒有變化,所以一體系統遵守慣性律,是不變的。

兩體系統的空間結構是一維的,是一條直線,其變化的路徑是唯一的,變化的過程是可逆的,沒有時間的方向性,遵守線性的逆反互補律,因而是決定論的。

三體系統的運動就沒有了規律性,因為它的空間結構是二維的,是一個平面,其變化路徑可以有無限多條。四體以上的群系統的空間結構是三維的,是立體的空間,三維空間中的變化路徑更多,有無限多個無限多條。

多體在二維、三維空間中的運動是發散的,它們有無數個可以選擇的運動方向。這使得多體系統的運動變化狀態呈現出熱力學第二定律所描述的那種情形,也就是在自然條件下返回到過去的狀態的機率接近於零,時間不可逆,系統中每個個體的未來狀態不可預言。所以多體系統都有時間的方向性,是不可逆的,決定論在這樣的系統中失效。

一體系統、兩體系統都是穩定的系統。一體系統要保持穩定的話,對初始條件沒有任何的要求,任意初始條件下它都能保持穩定。兩體系統要保持穩定的話,對初始條件的要求範圍很寬,沒有苛刻的要求,並且對擾動的承受能力也很強,在經過小的擾動以後仍然能保持狀態資訊的收斂,趨於新的穩定狀態。三體以上的多體系統通常不是穩定的系統,會不斷地產生新的資訊,系統中的狀態資訊是發散的。

數學家們也找到了N體引力系統穩定執行的特殊解,滿足這種系統穩定執行的條件極為苛刻,以至於這種系統在現實中無法存在。三體執行系統、四體執行系統也有產生穩定形態的可能範圍,但這樣的範圍非常小,一個很小的擾動就把系統的穩定形態破壞掉,使系統演變為單體系統(合為一體)或兩體系統,或使系統分離成非關聯形態。

在太陽系中雖然有很多的星體,但是相比於太陽與行星之間的作用,行星與行星之間的相互作用極其微小,所以行星的行為基本上由行星與太陽所組成的兩體系統來決定,行星之間的相互作用只是對行星環繞太陽的執行軌道產生攝動,對系統的穩定性影響很小。衛星與行星組成的系統也是同樣的情況。

劉慈欣的科幻小說《三體》中所說的距離太陽系最近的恆星系統半人馬座α由三顆恆星A、B、C組成,被人們稱為三體恆星。這個C就是我們通常所說的比鄰星,它是現在距離太陽系最近的恆星。實際上這三顆恆星的質量分別為:1。1個太陽質量、0。91個太陽質量和0。12個太陽質量。C不僅質量特別小,而且C到A、B的距離遠遠大於A和B之間的距離,相差大約550倍,這就近似於A與B組成一個雙星系統,而C則是圍繞這個雙星系統運轉,C對A、B之間相互作用的影響極小。因此這個所謂的三體系統實際上是一個兩體系統中套著另一個兩體系統,即A與B之間構成一個內層的兩體系統,AB系統在整體上跟C又構成一個外層的兩體系統。這是整個系統能夠保持穩定執行的原因。

《規律簡史》|兩體作用系統的可逆性和穩定性

半人馬座α三體恆星系統示意圖

圖中AU是一個天文單位,即地球與太陽的平均距離。

更多精彩內容,請閱讀《規律簡史:規律的族譜與規律的發現》(張士耿著,團結出版社2022年8月出版)

《規律簡史》|兩體作用系統的可逆性和穩定性

Top