Un nuevo estudio de la Universidad Hebrea ha revelado un avance significativo en la teoría del caos, introduciendo una teoría estadística basada en el flujo que predice resultados caóticos en sistemas no jerárquicos de tres cuerpos. Este avance tiene implicaciones prácticas para campos como la mecánica celeste, la astrofísica y la dinámica molecular, ya que ofrece un enfoque más eficiente y preciso para analizar sistemas complejos y permite una exploración y comprensión más profundas de los fenómenos caóticos.
Un nuevo estudio dirigido por el profesor Barak Kol, del Instituto de Física Racah de la Universidad Hebrea, valida un enfoque novedoso para comprender la dinámica de los sistemas no jerárquicos de tres cuerpos.
La teoría estadística basada en el flujo recientemente introducida demostró una precisión notable en la predicción de resultados caóticos, allanando el camino para cálculos optimizados y conocimientos más profundos de sistemas complejos.
La investigación tuvo como objetivo confirmar una teoría sobre el comportamiento de los sistemas de tres cuerpos, proponiendo que los resultados caóticos en dichos sistemas pueden predecirse utilizando una fórmula que involucra una función de emisividad caótica y el flujo asintótico, una función conocida. Para medir esta función de emisividad caótica, los investigadores realizaron simulaciones, rastreando millones de eventos de dispersión para distinguir entre dispersión regular y caótica.
Este proceso produjo una función de absorción trivariada, proporcionando una base para probar las predicciones de la teoría para resultados caóticos.
Los resultados se alinearon estrechamente con la distribución real, afirmando la validez de la teoría y presentando un método más eficiente para calcular las distribuciones caóticas de resultados en estos sistemas.
Tradicionalmente, el comportamiento caótico de los sistemas de tres cuerpos ha planteado un desafío formidable para que los físicos lo analicen y predigan. Sin embargo, la teoría estadística basada en el flujo ofrece un enfoque novedoso que simplifica este intrincado problema.
En el corazón de esta teoría se encuentra la predicción de que la distribución caótica de los resultados puede expresarse como la función de emisividad caótica multiplicada por el flujo asintótico, una función conocida. Este concepto innovador abre las puertas a cálculos más eficientes y a una comprensión más clara de la dinámica caótica.
Para validar la teoría, el equipo de investigación llevó a cabo extensas simulaciones, midiendo meticulosamente la función de emisividad caótica, o absorción, a través de millones de eventos de dispersión. Al centrarse en los eventos hasta que se pudo determinar la distinción entre dispersión regular y caótica, pudieron derivar una función de absorción trivariante.
Utilizando estos datos recién descubiertos, el equipo calculó con éxito la predicción basada en el flujo para la distribución caótica de los resultados entre la energía de enlace binaria y el momento angular.
Sorprendentemente, los resultados mostraron un alto nivel de acuerdo con la distribución medida, proporcionando una confirmación detallada de la precisión y eficacia de la teoría basada en flujos.
El profesor Kol comentó: “El problema de los tres cuerpos representa uno de los rompecabezas más antiguos y formidables en el ámbito de la física. En 2021, escribí un artículo en el que presentaba una teoría novedosa destinada a proporcionar una solución estadística. Este enfoque desafió los supuestos fundamentales de las teorías anteriores, introduciendo el concepto de flujo en el espacio de fases y ganando el título de la teoría estadística basada en el flujo. En este esfuerzo colaborativo, examinamos y cuestionamos rigurosamente la teoría estadística basada en el flujo a través de una extensa serie de simulaciones por computadora. El proceso de validación muestra una impresionante precisión del 6% en todo el espacio bidimensional de las variables examinadas. Esta exhaustiva investigación establece que la teoría basada en el flujo se erige como el marco estadístico más preciso disponible para descifrar este intrincado sistema. De hecho, marca un avance significativo en el logro de precisión y confiabilidad en nuestra comprensión del problema de los tres cuerpos”.
Este avance no solo marca un hito significativo en la teoría del caos, sino que también promete implicaciones prácticas para varios campos. Algunos ejemplos incluyen:
Mecánica celeste: comprender esta dinámica puede mejorar nuestra capacidad para predecir estadísticamente y modelar los movimientos celestes con precisión.
Astrofísica: puede contribuir a nuestra comprensión de los fenómenos astrofísicos, como las interacciones entre los cuerpos celestes, la evolución de los sistemas planetarios y la generación de ondas gravitacionales.
El reciente artículo es la culminación de una línea de cinco publicaciones. Entre ellas, un artículo anterior [enlazado más abajo] presentó nuevas variables para reducir la formulación del problema. En estas variables, las 9 variables que describen las posiciones de tres cuerpos se sustituyen por un espacio tridimensional equivalente en forma de unión de tres tuberías. Este espacio describe la geometría del triángulo definido por los tres cuerpos y, por lo tanto, se conoce como espacio geométrico. Debe complementarse con el movimiento de rotación del lugar instantáneo definido por los tres cuerpos. El movimiento en el espacio geométrico se formula en términos de una fuerza de tipo eléctrico que describe las fuerzas gravitacionales newtonianas, y una fuerza de tipo magnético que describe la fuerza de Coriolis en el marco giratorio.
En resumen, el conocimiento fundamental obtenido de estos estudios puede tener implicaciones de amplio alcance en campos que se ocupan de sistemas dinámicos complejos, desde la astronomía hasta la ciencia de los materiales y más allá.
El artículo de investigación titulado “Measurement of three-body chaotic absorptivity predicts chaotic outcome distribution”, ya está disponible en Celestial Mechanics & Dynamical Astronomy.
Investigadores
Viraj Manwadkar1,2, Alessandro A. Trani3,4,5, Barak Kol6.
Instituciones
1) Departamento de Física, Universidad de Stanford, 382 Via Pueblo Mall, Stanford, CA 94305, EE. UU.
2) Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología, Universidad de Stanford.
3) Academia Internacional Niels Bohr, Instituto Niels Bohr.
4) Centro de Investigación para el Universo Primitivo, Facultad de Ciencias, Universidad de Tokio.
5) Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa.
6) Instituto de Física Racah, Universidad Hebrea de Jerusalem.
El artículo de investigación titulado “Measurement of three-body chaotic absorptivity predicts chaotic outcome distribution”, está disponible en Celestial Mechanics & Dynamical Astronomy.
El artículo que introdujo la teoría basada en el flujo se titula “Natural dynamical reduction of the three-body problem”, y está disponible en Celestial Mechanics & Dynamical Astronomy.
