Question Number 217837 by SdC355 last updated on 22/Mar/25

$$\mathrm{do}\:\mathrm{you}\:\mathrm{guys}\:\mathrm{know}\:\mathrm{about}\:\mathrm{Three}\:\mathrm{Body}\:\mathrm{problem}?? \\ $$$$\mathrm{when}\:\mathrm{2}−\mathrm{Body}\:\mathrm{problem}\: \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{can}\:\mathrm{solve}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{of}\:\mathrm{motions}\:\overset{\rightarrow} {\boldsymbol{\mathrm{x}}}_{\mathrm{1}} \left({t}\right)\:,\:\overset{\rightarrow} {\boldsymbol{\mathrm{x}}}_{\mathrm{2}} \left({t}\right) \\ $$$$\mathrm{but}\:\mathrm{why}\:\mathrm{we}\:\mathrm{can}'\mathrm{t}\:\mathrm{solve}\:\mathrm{3}−\mathrm{body}\:\mathrm{problem}? \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{reason}\:\mathrm{why}\:\mathrm{we}\:\mathrm{can}'\mathrm{t}\:\mathrm{solve}\:\mathrm{3}−\mathrm{Body}\:\mathrm{problem} \\ $$$$\mathrm{is}\:\mathrm{because}\:\mathrm{this}\:\mathrm{Equation}\:\mathrm{isn}'\mathrm{t}\:\:\mathrm{Linear}\:\mathrm{equation}??? \\ $$
Answered by MrGaster last updated on 22/Mar/25

$$\mathrm{For}\:\mathrm{the}\:\mathrm{2}-\mathrm{body}\:\mathrm{problem},\mathrm{the}\:\mathrm{equations}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{motion}\:\mathrm{for}\:\mathrm{particles}\:\mathrm{can}\:\mathrm{expressed}\:\mathrm{as}: \\ $$$${m}_{\mathrm{1}} \frac{{d}^{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} }{{dt}^{\mathrm{2}} }={Gm}_{\mathrm{1}} {m}_{\mathrm{2}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} \mid^{\mathrm{3}} } \\ $$$${m}_{\mathrm{2}} \frac{{d}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} }{{dt}^{\mathrm{2}} }={Gm}_{\mathrm{1}} {m}_{\mathrm{2}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} \mid^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\mathrm{where},\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} \left({t}\right)\mathrm{and}\:\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} \left({t}\right)\mathrm{represent}\:\mathrm{the}\:\mathrm{positions}\:\mathrm{of}\: \\ $$$$\mathrm{thetwo}\:\mathrm{particles}\:\mathrm{at}\:\mathrm{time}\:{t},{m}_{\mathrm{1}} \:\mathrm{and}\:{m}_{\mathrm{2}} \mathrm{are}\:\mathrm{their}\:\mathrm{masses}\:\mathrm{and}\:{G}\:\mathrm{is}\:\mathrm{theg} \\ $$$$\mathrm{ravitational}\:\mathrm{constant}. \\ $$$$\mathrm{By}\:\mathrm{introducing}\:\mathrm{center}\:\mathrm{ofs} \\ $$$$\mathrm{mas}\:\mathrm{coordinates}\:\mathrm{and}\: \\ $$$$\mathrm{relativecoordinates}\:\mathrm{thee} \\ $$$$\mathrm{abov}\:\mathrm{equations}\:\mathrm{can}\:\mathrm{bef} \\ $$$$\mathrm{simpliied}\:\mathrm{to}\:\mathrm{a}\:\mathrm{single}\:\mathrm{particleo} \\ $$$$\mathrm{mtion}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{which}\:\mathrm{cane} \\ $$$$\mathrm{thn}\:\mathrm{be}\:\mathrm{solved}. \\ $$$$\mathrm{For}\:\mathrm{the}\:\mathrm{3}-\mathrm{body}\:\mathrm{problem}\:\mathrm{theu} \\ $$$$\mathrm{eqations}\:\mathrm{of}\:\mathrm{motion}\:\mathrm{for}\:\mathrm{ther} \\ $$$$\mathrm{paticles}\:\mathrm{are}: \\ $$$${m}_{\mathrm{1}} \frac{{d}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} }{{dt}^{\mathrm{2}} }={Gm}_{\mathrm{1}} {m}_{\mathrm{2}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} \mid^{\mathrm{3}} }+{Gm}_{\mathrm{1}} {m}_{\mathrm{3}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} \mid^{\mathrm{3}} } \\ $$$${m}_{\mathrm{2}} \frac{{d}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} }{{dt}^{\mathrm{2}} }={Gm}_{\mathrm{2}} {m}_{\mathrm{1}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} \mid^{\mathrm{3}} }+{Gm}_{\mathrm{2}} {m}_{\mathrm{3}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} \mid^{\mathrm{3}} } \\ $$$${m}_{\mathrm{3}} \frac{{d}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} }{{dt}^{\mathrm{2}} }={Gm}_{\mathrm{3}} {m}_{\mathrm{1}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} \mid^{\mathrm{3}} }+{Gm}_{\mathrm{3}} {m}_{\mathrm{2}} \frac{\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} }{\mid\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} \mid^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\mathrm{where}\:\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{1}} \left({t}\right),\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{2}} \left({t}\right),\mathrm{and}\:\boldsymbol{{x}}_{\mathrm{3}} \left({t}\right) \\ $$$$\mathrm{represent}\:\mathrm{the}\:\mathrm{positions}\:\mathrm{of}\: \\ $$$$\mathrm{thethree}\:\mathrm{particles}\:\mathrm{at}\:\mathrm{time}\:{t} \\ $$$$\mathrm{and}\:{m}_{\mathrm{1}} ,{m}_{\mathrm{2}} ,\mathrm{and}\:{m}_{\mathrm{3}} \mathrm{are}\:\mathrm{their}\:\mathrm{masses}. \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{equations}\:\mathrm{of}\:\mathrm{motion}\:\mathrm{forh} \\ $$$$\mathrm{te}\:\mathrm{3body}\:\mathrm{problem}\:\mathrm{are}\:\mathrm{a}\:\mathrm{set}\: \\ $$$$\mathrm{ofnonlinear}\:\mathrm{differentialt} \\ $$$$\mathrm{equaions}\:\mathrm{and}\:\mathrm{their}\:\mathrm{solutionsa} \\ $$$$\mathrm{re}\:\mathrm{extremely}\:\mathrm{complex}\:\mathrm{andn} \\ $$$$\mathrm{canot}\:\mathrm{be}\:\mathrm{expressed}\:\mathrm{in}\:\mathrm{termsf} \\ $$$$\mathrm{o}\:\mathrm{elementary}\:\mathrm{functions}.\:\mathrm{Thes} \\ $$$$\mathrm{pecific}\:\mathrm{reasons}\:\mathrm{are}\:\mathrm{as}\:\mathrm{follows}: \\ $$$$\bullet\mathrm{Nonlinearity}:\mathrm{The}\:\mathrm{equations}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{3bodyr} \\ $$$$\mathrm{poblem}\:\mathrm{are}\:\mathrm{nonlinearg} \\ $$$$\mathrm{meanin}\:\mathrm{that}\:\mathrm{the}\: \\ $$$$\mathrm{interactionsbetween}\:\mathrm{thei} \\ $$$$\mathrm{partcles}\:\mathrm{are}\:\mathrm{not}\:\mathrm{simplyl} \\ $$$$\mathrm{lineary}\:\mathrm{additive}\:\mathrm{but}\:\mathrm{arel} \\ $$$$\mathrm{couped}\:\mathrm{with}\:\mathrm{each}\:\mathrm{other}. \\ $$$$\bullet\mathrm{Chaos}:\:\mathrm{The}\:\mathrm{solutions}\:\mathrm{to}\:\mathrm{theo} \\ $$$$\mathrm{3}-\mathrm{bdy}\:\mathrm{problem}\:\mathrm{are}\:\mathrm{highlyi} \\ $$$$\mathrm{senstive}\:\mathrm{to}\:\mathrm{initial}\:\mathrm{conditionsw} \\ $$$$\mathrm{ith}\:\mathrm{small}\:\mathrm{changes}\:\mathrm{in}\:\mathrm{initialo} \\ $$$$\mathrm{cnditions}\:\mathrm{leading}\:\mathrm{to}\:\mathrm{vastlyf} \\ $$$$\mathrm{diferent}\:\mathrm{solutions}\:\mathrm{makingg} \\ $$$$\mathrm{lonterm}\:\mathrm{predictionsl} \\ $$$$\mathrm{impossibe}. \\ $$$$\bullet\mathrm{Lack}\:\mathrm{of}\:\mathrm{General}:\mathrm{Solution}: \\ $$$$\mathrm{Unlike}\:\mathrm{the}\:\mathrm{2}-\mathrm{body}\:\mathrm{probleme} \\ $$$$\mathrm{th}\:\mathrm{3}-\mathrm{body}\:\mathrm{problem}\:\mathrm{has}\:\mathrm{now} \\ $$$$\mathrm{knon}\:\mathrm{general}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{i}.\mathrm{e}., \\ $$$$\mathrm{thee}\:\mathrm{is}\:\mathrm{no}\:\mathrm{universal}\:\mathrm{solutiono} \\ $$$$\mathrm{frm}\:\mathrm{that}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{expressed}\:\mathrm{int} \\ $$$$\mathrm{perms}\:\mathrm{of}\:\mathrm{elementarys} \\ $$$$\mathrm{function}. \\ $$
Commented by SdC355 last updated on 22/Mar/25

$$\mathrm{wow}\:\mathrm{thx}\:\mathrm{a}\:\mathrm{lot}\heartsuit \\ $$