우리의 작은 안정화

태양은 항상 동쪽에서 뜨고, 계절은 규칙적으로 바뀌고, 365년 366일 또는 XNUMX일, 겨울은 춥고 여름은 따뜻합니다... 지루합니다. 하지만 이 지루함을 즐기자! 첫째, 영원히 지속되지 않을 것입니다. 둘째, 우리의 작은 안정화는 혼란스러운 태양계 전체에서 특별하고 일시적인 경우일 뿐입니다.

태양계의 행성, 위성 및 기타 모든 물체의 움직임은 질서 정연하고 예측 가능한 것처럼 보입니다. 그러나 그렇다면 우리가 달에서 보는 모든 분화구와 우리 시스템의 많은 천체를 어떻게 설명할 수 있습니까? 지구에도 많은 것들이 있지만 우리에게는 대기가 있고 침식, 초목, 물이 있기 때문에 다른 곳처럼 땅의 덤불을 명확하게 볼 수 없습니다.

태양계가 전적으로 뉴턴 원리에 따라 작동하는 이상화된 물질 점으로 구성되어 있다면 태양과 모든 행성의 정확한 위치와 속도를 알면 미래의 어느 때라도 그 위치를 결정할 수 있습니다. 불행히도 현실은 뉴턴의 깔끔한 역학과 다릅니다.

우주 나비

자연 과학의 위대한 진보는 우주의 몸을 묘사하려는 시도와 함께 정확히 시작되었습니다. 행성 운동의 법칙을 설명하는 결정적인 발견은 현대 천문학, 수학 및 물리학의 "창조 아버지"에 의해 이루어졌습니다. 코페르니쿠스, 갈릴레오, 케플러 i 뉴턴. 그러나 중력의 영향으로 상호 작용하는 두 천체의 역학은 잘 알려져 있지만 세 번째 물체(소위 XNUMX체 문제)가 추가되면 문제가 분석적으로 풀릴 수 없을 정도로 복잡해집니다.

예를 들어 XNUMX억 년 후의 지구의 움직임을 예측할 수 있습니까? 즉, 태양계는 안정적인가? 과학자들은 수 세대 동안 이 질문에 답하려고 노력했습니다. 그들이 얻은 첫 번째 결과 피터 사이먼의 라플라스 i 조셉 루이스 라그랑주, 의심할 여지 없이 긍정적인 대답을 제안했습니다.

XNUMX세기 말에 태양계의 안정성 문제를 해결하는 것은 가장 큰 과학적 과제 중 하나였습니다. 스웨덴의 왕 오스카 XNUMX세, 그는이 문제를 해결 한 사람에게 특별 상을 제정했습니다. 1887년 프랑스 수학자 앙리 포앙 카레. 그러나 교란 방법이 올바른 해결을 이끌어내지 못할 수 있다는 그의 증거는 결정적인 것으로 간주되지 않습니다.

그는 운동 안정성의 수학적 이론의 기초를 만들었습니다. 알렉산더 M. 라푸노프혼란스러운 시스템에서 두 개의 가까운 궤적 사이의 거리가 시간이 지남에 따라 얼마나 빨리 증가하는지 궁금해했습니다. XNUMX세기 후반. 에드워드 로렌츠, 매사추세츠 공과 대학의 기상학자는 1963가지 요인에만 의존하는 단순화된 기상 변화 모델을 구축했으며 태양계의 물체 이동과 직접적인 관련이 없었습니다. XNUMX년 그의 논문에서 Edward Lorentz는 입력 데이터의 작은 변화가 시스템의 완전히 다른 동작을 유발한다는 것을 보여주었습니다. 나중에 "나비 효과"로 알려진 이 속성은 물리학, 화학 또는 생물학의 다양한 현상을 모델링하는 데 사용되는 대부분의 역학 시스템의 전형으로 밝혀졌습니다.

역학 시스템에서 혼돈의 원인은 연속적인 물체에 작용하는 동일한 순서의 힘입니다. 시스템에 시체가 많을수록 더 많은 혼돈이 발생합니다. 태양계에서는 태양에 비해 모든 구성 요소의 질량이 엄청나게 불균형하기 때문에 이러한 구성 요소와 별의 상호 작용이 지배적이므로 랴푸노프 지수로 표현되는 혼돈의 정도가 크지 않아야 합니다. 그러나 또한 로렌츠의 계산에 따르면 우리는 태양계의 혼돈적인 성질에 대한 생각에 놀라지 말아야 합니다. 그렇게 많은 자유도를 가진 시스템이 규칙적이라면 놀라울 것입니다.

XNUMX년 전 자크 라스카 파리 천문대에서 그는 행성 운동에 대한 천 개 이상의 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다. 그들 각각에서 초기 조건은 미미하게 달랐습니다. 모델링에 따르면 앞으로 40천만 년 동안 더 심각한 일은 일어나지 않을 것이지만 나중에는 1-2%의 경우에 발생할 수 있습니다. 태양계의 완전한 불안정화. 우리는 또한 예상치 못한 손님, 요인 또는 현재 고려되지 않은 새로운 요소가 나타나지 않는 조건에서만이 40 천만년을 마음대로 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 계산에 따르면 주로 목성의 영향으로 인해 수성(태양에서 첫 번째 행성)의 궤도가 5억 년 이내에 변할 것입니다. 이로 인해 화성이나 수성과 충돌하는 지구 바로 그거죠. 데이터 세트 중 하나를 입력하면 각 데이터 세트에는 1,3억 년이 포함됩니다. 수성은 태양에 떨어질 수 있습니다. 다른 시뮬레이션에서는 820억 XNUMX천만 년 후에 화성은 시스템에서 추방됩니다, 그리고 40천만 년 후에 올 것이다. 수성과 금성의 충돌.

Lascar와 그의 팀은 우리 시스템의 역학에 대한 연구에서 전체 시스템에 대한 Lapunov 시간(즉, 주어진 프로세스의 과정을 정확하게 예측할 수 있는 기간)을 5백만 년으로 추정했습니다.

행성의 초기 위치를 결정할 때 불과 1km의 오차가 1만년이면 95천문단위로 늘어날 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 시스템의 초기 데이터를 임의적으로 높지만 유한한 정확도로 알고 있다고 해도 일정 기간 동안의 동작을 예측할 수 없습니다. 혼란스러운 시스템의 미래를 밝히기 위해서는 불가능한 무한정밀도로 원본 데이터를 알아야 합니다.

게다가, 우리는 확실히 모릅니다. 태양계의 총 에너지. 그러나 상대론적이고 보다 정확한 측정을 포함한 모든 영향을 고려하더라도 우리는 태양계의 혼란스러운 특성을 바꾸지 않을 것이며 주어진 시간에 태양계의 거동과 상태를 예측할 수 없을 것입니다.

모든 일이 일어날 수 있습니다

그래서, 태양계는 혼란스럽습니다. 그게 전부입니다. 이 진술은 우리가 100억 년을 넘어서는 지구의 궤적을 예측할 수 없다는 것을 의미합니다. 다른 한편으로, 행성의 경로를 특징짓는 매개변수의 작은 편차가 다른 궤도로 이어지지만 가까운 속성을 갖기 때문에 태양계는 의심할 여지 없이 현재 구조로서 안정적으로 유지됩니다. 따라서 향후 수십억 년 안에 붕괴될 가능성은 거의 없습니다.

물론 위의 계산에서 고려되지 않은 새로운 요소가 이미 언급되었을 수 있습니다. 예를 들어, 이 시스템은 우리 은하의 중심 주위를 한 바퀴 도는 데 250억 XNUMX천만 년이 걸립니다. 이 움직임에는 결과가 있습니다. 변화하는 우주 환경은 태양과 다른 물체 사이의 미묘한 균형을 깨뜨립니다. 물론 이것은 예측할 수 없지만 이러한 불균형이 효과를 증가시키는 경우가 발생합니다. 혜성 활동. 이 물체는 평소보다 더 자주 태양을 향해 날아갑니다. 이것은 지구와의 충돌 위험을 증가시킵니다.

4만년 후의 별 글 리제 710 태양으로부터 1,1광년 떨어져 있으며 잠재적으로 물체의 궤도를 방해할 수 있습니다. 오르트 클라우드 그리고 혜성이 태양계의 내부 행성 중 하나와 충돌할 가능성의 증가.

과학자들은 역사적 데이터에 의존하고 그로부터 통계적 결론을 도출하여 아마도 XNUMX만 년 후에 땅을 치는 유성 지름 1km, 우주 대재앙을 일으킵니다. 차례로, 100억 년의 관점에서 운석은 65만 년 전 백악기 멸종을 일으킨 것과 비슷한 크기로 떨어질 것으로 예상됩니다.

최대 500억~600억년, 최대한 오래 기다려야 함 플래시 럽 초신성 초에너지 폭발. 그러한 거리에서 광선은 지구의 오존층에 영향을 미치고 이에 대한 가설이 옳다면 오르도비스기 멸종과 유사한 대량 멸종을 일으킬 수 있습니다. 그러나 방출된 방사선은 여기에 피해를 줄 수 있도록 정확히 지구를 향해야 합니다.

그러니 우리가 보고 살고 있는 세상의 반복과 작은 안정화를 기뻐합시다. 수학, 통계 및 확률은 장기적으로 그를 바쁘게 만듭니다. 다행히도 이 긴 여정은 우리의 손이 닿지 않는 곳에 있습니다.