هل تعتقد أن النظام الشمسي مستقر إلى حد ما؟ هل من الصعب تحديد ما تسميه النظام الفوضوي الذي يمكن أن يتغير في أي وقت؟ على الرغم من أن الكواكب مستمرة على ما يبدو مدارات ثابتة على مر التاريخ المسجل، كان الواقع أكثر تعقيدا.
منذ أن صاغ إسحاق نيوتن قانون الجاذبية العالمية في عام 1687، قام المجتمع العلمي بالتحقيق في استقرار النظام الشمسي ووجد أنه حتى اضطرابات الجاذبية الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى الحركة على مدى ملايين السنين. سلوكيات غير متوقعة وفوضوية.
على الرغم من أن نظامنا الكوكبي يبدو مستقرًا على المقاييس الزمنية البشرية، إلا أن النماذج طويلة المدى تظهر أنه يخضع في الواقع لتغيرات فوضوية.
طبيعة مشوشة
يبدو النظام الشمسي للعين المجردة كآلية منظمة تمامًا: فالنجم المركزي والكواكب يتبعون مداراتهم حوله بطريقة منتظمة ويمكن التنبؤ بها. يبدو من المستحيل أن نتصور أنه تم تعريفه على أنه شيء مربك، أليس كذلك؟
ومع ذلك، فإن هذا الاستقرار الظاهري يخفي حقيقة أكثر تعقيدًا، لأنه على الرغم من أن تفاعلات الجاذبية بين الكواكب خفية، أنها تتراكم مع مرور الوقت، والتي يمكن أن تسبب تغييرات كبيرة حقًا في المسارات المدارية. على وجه التحديد، هذه الحساسية للتغييرات الصغيرة هي الجوهر الارتباك الحتميمفهوم رياضي يصف كيف تصبح الأنظمة المختلفة غير قابلة للتنبؤ بها بسبب الاضطرابات الصغيرة.
ماذا يعني ذلك في سياق النظام الشمسي؟ حتى أصغر تغير في موقع الكوكب أو سرعته، بعد ملايين السنين، يؤدي إلى تغيير جذري في مداره إذن في تحول نظامنا الكوكبي.
ظهر فهم لهذا السلوك على وجه التحديد في نهاية القرن التاسع عشر، وذلك بفضل عمل العلماء مثل هنري بوانكاريه. لا يمكن أبدًا التنبؤ بالتطور طويل المدى للعديد من أجهزة الجسم. بدقة. كان هذا الانعكاس جديدًا تمامًا في ذلك الوقت، حيث أحدث ثورة كاملة في رؤية نيوتن للكون الميكانيكي الذي يمكن التنبؤ به تمامًا.
تأثير الفراشة: ما هو وأين يحدث في الطبيعة
الاهتزازات ومشكلة الجسم N
الآن، من أين يمكن أن تأتي هذه التغييرات الصغيرة؟ هل سيحدث حقا؟ حسنا، في قلب ذلك ديناميات فوضوية تمت ملاحظة مفهومين أساسيين: الرنين المداري ومشكلة الجسم n.
من جانبها قالت أ اهتزاز عندما تكون مدارات العديد من الأجسام متوازية أو “ضبطبسبب التجاذب بينهما. ومن الأمثلة على ذلك الاكتشاف الذي قام به دانييل كيركوود عام 1867، والذي وجد أن أجزاء من حزام الكويكبات كانت فارغة تقريبًا بسبب الاهتزازات مع كوكب المشتري. كانوا يسمون “كيركوود بوندزوتؤثر جاذبية الكوكب بشكل مستمر ومتكرر على الكويكبات، فتغير مداراتها وتفرغ تلك المناطق.
ويحدث الشيء نفسه مع مختلف الأجسام في النظام الشمسي، مثل أقمار بلوتو أو قمرنا، وعلى الرغم من أنها عادة ما تكون اهتزازات مثبتة، إلا أنها في بعض الحالات يمكن تضخيمها، مما يؤدي إلى تغييرات مدارية كبيرة ويساهم في السلوك الفوضوي للنظام.
تصور حزام الكويكبات. بعض أجزاء الحزام فارغة بسبب الاهتزاز مع كوكب المشتري.
ومن ناحية أخرى فإن مشكلة الجسم ن، القادمة من صعوبة حل تفاعلات الجاذبية لثلاثة أجسام أو أكثر، تؤثر أيضًا على هذه البانوراما. على الرغم من أنه يمكن وصف التفاعلات بين جسمين بدقة شديدة باستخدام قوانين نيوتن، إلا أن إضافة جسم ثالث يؤدي إلى إنشاء معادلات. من الصعب جدا حلهاتخلق المدارات حركة معقدة وحساسة للغاية.
وهذا يعني أنه حتى التغييرات الصغيرة في مواقع أو سرعات الكواكب يمكن أن تؤدي إلى تنبؤات غير موثوقة على مدى فترات طويلة من الزمن، مما يعني أنه يكاد يكون من المستحيل التنبؤ بما سيحدث للأنظمة.
الحتمية الارتباك
والآن، صحيح أن فهم السلوك الفوضوي للنظام الشمسي قد تطور كثيرًا تطوير الكمبيوتر. قبل عصر الحواسيب العملاقة، كان تعقيد مشكلة الجسم n يجعل الحسابات اللازمة لمحاكاة المدارات طويلة الأمد للكواكب غير عملية.
في الواقع، يؤثر كل كوكب في النظام الشمسي على جميع الكواكب الأخرى من خلال الجاذبية، مما يخلق شبكة كبيرة من التفاعلات التي تؤدي إلى معادلات غير خطية معقدة حقًا. ومع ذلك، مع وصول أجهزة الكمبيوتر العملاقة بحلول سبعينيات القرن العشرين، كان علماء الفلك قادرين على إجراء عمليات محاكاة مفصلة إلى حد ما أكدت أنه حتى الاضطرابات الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى نتائج مختلفة تمامًا، وهو مبدأ أساسي للفوضى الحتمية.
باستخدام خوارزميات المعالجة الضخمة، أصبح من الممكن الآن محاكاة مدارات الكواكب على مدى ملايين السنين، على سبيل المثال، مما يدل على أن تغييرًا بسيطًا في مدار الكوكب بسبب تأثير الكويكب يمكن أن يسبب تصادمات بين الكواكب أو حتى تصادمات. في إخراج كوكب من النظام الشمسي. كما تظهر هذه الدراسات أنها تتجاوز الزمن بين 2 و230 مليون سنةإن أي تنبؤ بالمواقع الدقيقة للكواكب سيكون مجرد تكهنات: وبعد ذلك سيكون من المستحيل التنبؤ بمواقع النظام الشمسي.
