G.d.伯克霍夫开始研究拓扑动力学。
扑动力系统 topological dynamic system 又称抽象动力系统,是动力系统的一个组成部分。所谓拓扑动力系统,是指拓扑空间(一般是度量空间)上的动力系统。它通常包含流、离散动力系统、半流及离散半动力系统。主要是从拓扑的观点研究系统的不变集的结构及其轨道的性质。从20世纪70年代以来,由于微分动力系统研究的发展和深入,极大地推动了拓扑动力系统,特别是一维连续映射的研究,并取得了相当丰富和重要的成果。
拓扑动力学,是对运动进行分类的学问。
这里先分4类:1单个粒子运动的拓扑学;2多个粒子运动拓扑学,多体天体力学;3多粒子集群运动拓扑学,集群遥控或鸟类鱼群运动;4流体拓扑学。
1)这里先分第一个,单个粒子的运动。
单个粒子的运动可以先做几个分类。
匀速直线运动,是亏格为0 的运动。
抛物线运动、匀速圆周运动都是亏格为1 的运动。因为都是一个引力造成,而且匀加速直线运动也是1个亏格,因为等价于自由落体运动。这个亏格的洞就是地心,也是产生引力的中心。
如果是两个力产生的话,就有两个亏格了,这个很容易想到。
但是这里有个麻烦,就是力的合成会让这个不容易分辨。
在一个物体某种情况下,受两个引力拉动,会合成一个力,然后会暂时看做是一个亏格的,但是这不长久,因为物体移动的情况下会出现与一个力不同的变加速运动,还是可以看出这个两个亏格的。
至于三个引力、四个、五个等等就更好考虑的。
不同亏格之间,就是曲率的不同了,这个很容易想到。
一个星球的曲率就是单纯的引力场,而两个星球产生的引力场就是两个引力场,就是不同一个引力场的曲率了。
那么这个粒子在上面的运动状态也可以明显的的表示出来。
这里比较麻烦的就是复杂曲线的亏格了,需要从曲线上提取多个弧度,这些弧度都是对应不同圆的圆心导致的,这些也是这个曲线的亏格,这个亏格是圆周运动的圆心。
抛物线的亏格是无穷远点,这个很好像,因为它受力圆心在无穷远点,在不同位置受力都是同一个方向,亏格所在就在那个力指向的方向。
2)第二个的分类,比较复杂,可以拿二体问题先说说看。
其实刚刚的一个粒子运动的亏格严格是两个,因为粒子自身带质量,即使手里中心也是施力中心,但是为了简化先看成一个。
这个二体其实就是为了明确说是两个的。这两个粒子大小相同,排除外界力量,为了简单分析,就考虑相对之间的运动即可。
直接相互吸引是一个亏格为0的运动。
相互旋转成匀速圆周运动的理想状态,就是一个亏格为1的运动。
这里的亏格为1,与静态拓扑体和一个粒子的亏格1 的状态是等价的吗?这是一个需要严格探讨的问题。
想要弄清两个粒子亏格为1的问题,也需要弄清两个粒子亏格为2会是什么样子的。
假设两个粒子质量完全相等,并且绕对方做匀速圆周运动,那这个1的亏格是在两个粒子连线的质心上的。
如果这两个粒子不能按照匀速圆周运动的话,那就是一个简单椭圆运动了。这个椭圆就会有两个焦点。这个情况就相当于有两个圆心了,也就是亏格为2的情况了。
如果是三个亏格,情况就复杂了,我们假设这两个天体在做一个我们看着复杂,但确实一个动态平衡运动的状态。假如这个天体离某三个点距离和是个固定的值,那这个物体就是做复杂椭圆运动了,那亏格为三。
亏格为三是什么样的双体运动呢?
这是一个极为只得深思的问题了。
这可以以亏格为二的双体运动作为出发点。