Ученые использовали глубокое обучение нейросетей для предсказывания исхода гравитационного взаимодействия трех тел. Опробованная методика оказалась быстрее традиционных способов решения до 100 миллионов раз.

Для начала авторы ограничили пространство начальных параметров, но планируют изучить задачу и в общем случае, говорится в препринте на arXiv.org.

Задача трех тел заключается в поиске координат и скоростей трех материальных точек в произвольный момент времени при заданных начальных условиях и учете лишь гравитационного взаимодействия. Эту задачу описал Исаак Ньютон еще в конце XVII века, но, несмотря на простоту формулировки, эта задача оказывается исключительно сложной для решения из-за проявления хаотической динамики.

Обычно обсуждают так называемую ограниченную задачу трех тел, когда начальные параметры позволяют пренебречь некоторыми воздействиями. Например, если масса одного из тел значительно меньше, чем у других, то притяжение крупных тел к легкому можно приравнять к нулю — в таком случае можно аналитически вычислить движение тел в будущем.

Существует решение задачи трех тел в общем случае, найденное финским ученым Карлом Зундманом, но оно малоприменимо на практике, так как выражается в виде ряда с очень медленной сходимостью. Вследствие свойств этого решения для получения ответа с приемлемой точностью необходимо провести суммирование слишком большого количества слагаемых, что не под силу даже современным компьютерам.

В результате фактически единственным используемым методом решения является численное интегрирование, то есть итеративное решение задачи в виде последовательности небольших смещений тел. Однако такой способ также очень ресурсоемок для вычислений с высокой точностью, а общее количество требуемого на получения ответа времени заранее неизвестно.

С практической точки зрения задача трех тел обладала исторической значимостью для мореплавания до середины XIX века — до появления достаточно точных судовых хронометров долготу часто определяли по смещению Луны, но для этого надо было вычислять ее положение в будущем. Сегодня решение этой задачи помогло бы оценить вероятность близких прохождений в областях с высокой концентрацией астрономических объектов, таких как галактические ядра и шаровые скопления.

В работе астрономов из Великобритании, Португалии и Нидерландов при участии Филипа Брина (Philip Breen) из Эдинбургского университета описан новый метод нахождения решений задачи трех тел при помощи нейросетей.