第258节

越几何的新坐标系,将每个物体的位置表示为超越数。”

    “等等,我不太明白,这样难道不会让计算变得更复杂?”

    “不会,恰好相反,这样其实允许我们更精确地描述物体之间的相互作用,特别是在物体非常接近的情况下,可以通过对其进行级数展开来近似计算相互作用力。而且不止是经典n体问题,同样可以引申到相对论性n提问题。”

    听到乔泽的话,彼得·舒尔茨也忍不住站了起来,凑到了乔泽身边开始看起了他在稿纸上的演算。

    “这是椭圆模型?”

    “对,先预设一个三体问题,将三体系统的每个物体的位置表示为椭圆函数的解。”

    说完,乔泽又在手稿上写下了三个公式。

    [ x_i(t)= a_i s(oga_i t +phi_i),]

    [ y_i(t)= b_i s(oga_i t +phi_i),]

    [ z_i(t)= c_i s(oga_i t +phi_i),]

    然后开口解释道:“其中(a_i, b_i, c_i)分别是椭圆的半长轴、半短轴和半高轴,(oga_i)是椭圆的角频率,(phi_i)是初始相位。”

    洛特·杜根先是露出恍然的神色,随后又皱着眉头问道:“但这如何影响相互作用力的计算?”

    “通过级数展开来逼近相互作用力,比如我们先考虑物体(i)和(j)之间的引力,那么定义相互作用力为……”

    说话间,乔泽又在手稿上写出一串公式。

    [athbf{f}_{ij}=-g frac{_i _j}{|athbf{r}_i -athbf{r}j|2}hat{athbf{r}}{ij},]。

    然后说道:“(g)是引力常数无需解释,(_i, _j)分别是物体(i)和(j)的质量,(hat{athbf{r}}_{ij}=(athbf{r}_j -athbf{r}_i)/|athbf{r}_j -athbf{r}_i|)是单位矢量。”

    “这怎么做级数展开?超越几何学还涉及到力学的计算?”

    “超越几何学中允许使用逐项逼近技术,可以用于做级数展开,具体可得……”

    [frac{1}{|athbf{r}_i -athbf{r}j|}=su{k=0}{fty}frac{psi_k}{r{k+1}},]

    “对了,(psi_k)就是系数。”

    看着手稿上开始逐渐变得丰满的公式,彼得·舒尔茨突然感觉人有些不好了,拧着眉头说道:“不对,这样会有级数展开的截断误差,这个误差是不可控的吧?”

    “有办法的,你忘了今天我讲解论文的时候是怎么解决的吗?设置一个截断参数 n,仅考虑级数展开的前n项。只要n的值够大,模型在数学上趋近于精确解。

    当然涉及到天体位置计算,我们并不需要那么高的精度,直接综合考虑超算的性能跟所需要的精度,来设置截断参数好了,起码比去求解高阶微分方程的计算量要少的多。”

    洛特·杜根下意识的抬手比划了两下,忍不住问道:“这样迭代求解的过程中,会遇到了数值不稳定性的问题,怎么解决?”

    “嗯?”

    乔泽随手写下最后一笔,又仔细看了一遍自己的推导过程,这才将笔递还给了洛特·杜根,开口道:“我记得有一种自适应步长的数值积分算法,加上超越几何在解决这种复杂问题时的优越性,应该能保证在物体之间距离较小时,数值解仍然稳定。

    当然你们还可以用数值稳定性分析来调整算法的参数。总


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