삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

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삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

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삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까? -

2024년 초, 넷플릭스는 수세기 동안 과학자와 천문학자들을 당황하게 만든 실제 수학 퍼즐에서 이름을 따온 '삼체 문제'라는 TV 시리즈를 배포했다. 이 문제는 천문학에서 가장 두드러진 문제 중 하나로, 과학자들은 우주에서 특정 유형의 서로 다른 천체 사이의 혼돈을 예측하는 데 어려움을 겪고 있다.

이 문제는 역사상 수많은 돌파구를 불러일으켰으며, 넷플릭스의 공상과학 시리즈는 실제 수수께끼를 바탕으로 과학과 스토리텔링을 결합하여 중력 시스템과 우주의 신비를 탐구한다. 그렇다면 삼체 문제란 정확히 무엇이며, 이를 해결할 희망은 있을까? 이 갤러리에서 확인해보자.

© Getty Images

0 / 29 Fotos

삼체 수수께끼 -

물리학에서 삼체 문제는 별이나 행성과 같은 세 천체가 서로 예측할 수 없게 궤도를 돌 때 발생한다. 초기 위치는 알 수 있지만, 미래의 움직임은 정확한 수학적 예측을 거스르는 불규칙한 힘의 작용을 받게 된다.

© Shutterstock

1 / 29 Fotos

쌍성 시스템의 단순성 -

삼체 시스템의 혼란스러운 특성과 달리, 쌍성계는 질서정연하고 예측 가능하다. 주기적인 궤도를 통해 과학자들은 과거와 미래의 정확한 움직임을 계산할 수 있다.

© Shutterstock

2 / 29 Fotos

혼돈 -

중력 시스템에 제3의 물체를 도입하면 섬세한 균형이 혼란스러워진다. 안정적이고 반복된 궤도 대신, 이러한 상호작용은 우주에 얽혀 있는 혼돈의 경로처럼 예측할 수 없고 복잡한 궤적으로 이어진다.

© Shutterstock

3 / 29 Fotos

스파게티 -

벤 도식처럼 보이는 쌍성 궤도의 깔끔한 타원과 달리, 삼체 궤도는 엉킨 스파게티와 비슷한 야생 패턴을 만들어낸다. 이러한 시스템에는 엄청난 복잡성과 불안정성이 존재한다.

© Shutterstock

4 / 29 Fotos

수세기 전 -

삼체 문제는 1687년 아이작 뉴턴이 중력의 보편적 법칙을 설명하기 위해 출간한 책 '프린키피아'에서 그 뿌리를 찾는다. 뉴턴은 두 물체의 상호작용을 정확하게 설명했지만, 제3의 물체가 도입한 복잡성을 설명하는 데 어려움을 겪었다.

© Getty Images

5 / 29 Fotos

중력의 연구 -

뉴턴은 책에서 행성이 태양 주위를 타원형 궤도로 움직이는 방법에 대한 수학적 기록도 남겼다. 또한 목성의 중력이 토성의 궤도에 영향을 미쳤다는 사실도 언급했다.

© Shutterstock

6 / 29 Fotos

달의 미스테리 -

뉴턴의 연구는 지구와 달의 불규칙한 궤도까지 확장되어 상당한 좌절감을 안겨주었다. 그는 변화를 예측하는 것이 어렵다는 점을 문자 그대로 '골칫거리'로 묘사했다.

© Shutterstock

7 / 29 Fotos

실패한 계산 -

하지만 뉴턴은 삼체 문제를 수학적으로 풀지 못했고, 출판 후 거의 200년 동안 미스터리로 남아있었다.

© Getty Images

8 / 29 Fotos

선구적 혼돈 이론 -

1889년 프랑스의 수학자이자 물리학자인 앙리 푸앵카레는 삼체 문제에 대한 획기적인 에세이로 찬사를 받았다. 그의 연구는 수십 년에 걸쳐 지배적인 위치를 차지한 물리학 분야인 혼돈 이론의 기초를 마련했다.

© Public Domain

9 / 29 Fotos

혼돈 이론 -

혼돈 이론은 본질적으로 시스템의 초기 조건(예: 행성의 질량이나 속도)에서 발생하는 미래를 예측할 수 없게 만드는 행성의 불확실성을 탐구한다.

© Shutterstock

10 / 29 Fotos

불확실성의 파급 효과 -

혼돈 이론은 이러한 사소한 부정확성이 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 확대될 수 있음을 보여준다. 이 이론은 특정 지점을 넘어 미래의 궤적이나 궤도를 근본적으로 예측할 수 없기 때문에 모든 삼체 시스템에 적용된다.

© Shutterstock

11 / 29 Fotos

잘못된 방향 -

삼체 시스템의 예측 불가능성은 A에서 B로 이동하며 잘못된 방향으로 가는 것과 비교할 수 있다. 여행이 끝날 무렵에 잘못된 방향으로 방향을 틀면 처음부터 걸음을 잘못 내디뎠을 때보다는 목적지에 더 가깝다.

© Shutterstock

12 / 29 Fotos

실용적 중요성 -

삼체 문제를 해결하면 별과 행성(지구 포함)이 어떻게 움직이는지에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있다. 이를 통해 과학자들은 정확한 장기적인 움직임을 차트화할 수 있으며, 이는 지구의 미래에 깊은 영향을 미칠 수 있다.

© Shutterstock

13 / 29 Fotos

기후 결과 -

지구 궤도의 미세한 변화도 지구의 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 움직임을 이해하고 예측함으로써 과학자들은 인류가 직면할 수 있는 상황에 대한 더 많은 지식을 얻을 수 있다.

© Shutterstock

14 / 29 Fotos

해결할 수 없는 문제의 예외 사례 -

해결할 수 없다는 인식에도 불구하고 삼체 문제에는 예외 사례가 있다. 세 물체가 8자 경로로 움직일 때와 같은 특정 시나리오에서는 안정적인 해결책이 나올 수 있지만, 이는 매우 구체적인 조건에 따라 달라진다.

© Shutterstock

15 / 29 Fotos

제한된 삼체 문제 -

연구자들이 해결책을 찾는 한 가지 방법은 태양과 지구처럼 두 개의 큰 천체가 지배적이고 달처럼 작은 천체가 최소한의 영향력을 발휘하는 '제한된' 삼체 문제이다. 이 접근 방식은 계산을 단순화하고 귀중한 통찰력을 제공한다.

© Shutterstock

16 / 29 Fotos

세 개의 별이 상호작용할 때 -

넷플릭스의 '삼체 문제'에 등장하는 것과 같은 3성계는 삼체 문제에 복잡성을 더한다. 서로의 강렬한 중력은 예측할 수 없는 궤도 혼돈을 일으킨다.

© Shutterstock

17 / 29 Fotos

컴퓨터의 역할 -

현대의 컴퓨터는 수동 계산보다 훨씬 더 높은 효율로 3체 시스템을 시뮬레이션할 수 있다. 하지만 이러한 시뮬레이션은 천체의 대략적인 궤도 경로만 제공하기 때문에 정확하지 않다.

© Shutterstock

18 / 29 Fotos

우주의 탐구 -

삼체 문제의 해결은 우주 여행에도 매우 중요하다. 과학자들은 천체와 우주선 간의 상호 작용을 모델링하여 임무를 위한 잠재적 궤적을 식별하고 우주를 통과하는 실행 가능한 경로를 만들 수 있다.

© Shutterstock

19 / 29 Fotos

실제 사례 -

실제 우주에는 삼중성계(예: 알파 센타우리), 심지어 행성과 태양의 중력 사이에 끼어 있는 위성과 같은 삼체 시스템이 존재한다.

© Shutterstock

20 / 29 Fotos

라그랑주 포인트 -

삼체 문제는 세 물체 사이의 중력이 서로를 움직일 때 안정성 주머니를 만드는 라그랑주 포인트의 개념을 도입했다. 이론적으로 과학자들은 궤도 역학을 더 연구하기 위해 위성을 이러한 포인트에 배치할 수 있었다.

© Shutterstock

21 / 29 Fotos

n체 문제와의 관련성 -

삼체 문제는 세 개 이상의 물체가 중력적으로 상호작용하는 n체 문제를 이해하는 관문이다. "n"은 어떤 숫자로든 대체할 수 있으며, 이러한 시스템은 더욱 혼란스럽다.

© Shutterstock

22 / 29 Fotos

일반 상대성 이론의 검증 -

삼체 문제는 뉴턴의 만유인력 법칙을 개선한 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하는 데에도 사용되었다. 과학자들은 삼중성 배열 시스템을 관찰함으로써 강렬한 조건에서의 중력 효과를 연구할 수 있다.

© Getty Images

23 / 29 Fotos

블랙홀 -

과학자들은 또한 삼체 문제가 블랙홀과 같은 더 극단적인 천체로 확장될 수 있다는 이론을 세웠다. 질량이 비슷한 세 개의 블랙홀이 서로 궤도를 돌고 있다면 중력 효과는 치명적일 수 있다.

© Shutterstock

24 / 29 Fotos

행성 형성 -

삼체 시스템의 혼돈적인 특성은 가설적으로 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 단서를 제공한다. 초기 태양계가 발생할 때 가스 구름과 먼지 구름의 상호작용은 종종 삼체 문제와 유사하며, 이는 어떤 천체가 생존하거나 방출되는지에 영향을 미친다.

© Shutterstock

25 / 29 Fotos

문학 및 예술 작품 -

삼체 문제는 과학을 넘어 수많은 문학적, 예술적 해석에 영감을 주었다. 넷플릭스 쇼에 각색된 류시신의 '삼체 문제'(2006)와 같은 소설에서 볼 수 있듯이 혼돈, 불확실성, 천체의 아름다움이라는 주제는 크리에이터들에게 영감을 불러일으킨다.

© Shutterstock

26 / 29 Fotos

미래의 돌파구에 대한 약속 -

삼체 문제는 아직 해결되지 않았지만, 계산과 수학 이론의 발전으로 인해 그 복잡성에 대한 이해는 더욱 가까워지고 있다. 각 발견은 과학과 탐구의 새로운 가능성을 드러낸다.

이미지 제공: 나사/JPL-칼테크

© Public Domain

27 / 29 Fotos

인간의 호기심에 대한 증거 -

삼체 문제는 인류의 끊임없는 지식 추구를 보여준다. 이러한 어려움에도 불구하고 이 퍼즐을 풀기 위한 탐구는 우주의 신비를 풀어내려는 세계인의 호기심과 결단력으로 계속된다.

출처: (Business Insider) (Live Science) (Britannica)

© Shutterstock

28 / 29 Fotos

삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까? -

2024년 초, 넷플릭스는 수세기 동안 과학자와 천문학자들을 당황하게 만든 실제 수학 퍼즐에서 이름을 따온 '삼체 문제'라는 TV 시리즈를 배포했다. 이 문제는 천문학에서 가장 두드러진 문제 중 하나로, 과학자들은 우주에서 특정 유형의 서로 다른 천체 사이의 혼돈을 예측하는 데 어려움을 겪고 있다.

이 문제는 역사상 수많은 돌파구를 불러일으켰으며, 넷플릭스의 공상과학 시리즈는 실제 수수께끼를 바탕으로 과학과 스토리텔링을 결합하여 중력 시스템과 우주의 신비를 탐구한다. 그렇다면 삼체 문제란 정확히 무엇이며, 이를 해결할 희망은 있을까? 이 갤러리에서 확인해보자.

©

Getty Images

0 / 29 Fotos

삼체 수수께끼 -

물리학에서 삼체 문제는 별이나 행성과 같은 세 천체가 서로 예측할 수 없게 궤도를 돌 때 발생한다. 초기 위치는 알 수 있지만, 미래의 움직임은 정확한 수학적 예측을 거스르는 불규칙한 힘의 작용을 받게 된다.

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1 / 29 Fotos

쌍성 시스템의 단순성 -

삼체 시스템의 혼란스러운 특성과 달리, 쌍성계는 질서정연하고 예측 가능하다. 주기적인 궤도를 통해 과학자들은 과거와 미래의 정확한 움직임을 계산할 수 있다.

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Shutterstock

2 / 29 Fotos

혼돈 -

중력 시스템에 제3의 물체를 도입하면 섬세한 균형이 혼란스러워진다. 안정적이고 반복된 궤도 대신, 이러한 상호작용은 우주에 얽혀 있는 혼돈의 경로처럼 예측할 수 없고 복잡한 궤적으로 이어진다.

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3 / 29 Fotos

스파게티 -

벤 도식처럼 보이는 쌍성 궤도의 깔끔한 타원과 달리, 삼체 궤도는 엉킨 스파게티와 비슷한 야생 패턴을 만들어낸다. 이러한 시스템에는 엄청난 복잡성과 불안정성이 존재한다.

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4 / 29 Fotos

수세기 전 -

삼체 문제는 1687년 아이작 뉴턴이 중력의 보편적 법칙을 설명하기 위해 출간한 책 '프린키피아'에서 그 뿌리를 찾는다. 뉴턴은 두 물체의 상호작용을 정확하게 설명했지만, 제3의 물체가 도입한 복잡성을 설명하는 데 어려움을 겪었다.

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5 / 29 Fotos

중력의 연구 -

뉴턴은 책에서 행성이 태양 주위를 타원형 궤도로 움직이는 방법에 대한 수학적 기록도 남겼다. 또한 목성의 중력이 토성의 궤도에 영향을 미쳤다는 사실도 언급했다.

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6 / 29 Fotos

달의 미스테리 -

뉴턴의 연구는 지구와 달의 불규칙한 궤도까지 확장되어 상당한 좌절감을 안겨주었다. 그는 변화를 예측하는 것이 어렵다는 점을 문자 그대로 '골칫거리'로 묘사했다.

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7 / 29 Fotos

실패한 계산 -

하지만 뉴턴은 삼체 문제를 수학적으로 풀지 못했고, 출판 후 거의 200년 동안 미스터리로 남아있었다.

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8 / 29 Fotos

선구적 혼돈 이론 -

1889년 프랑스의 수학자이자 물리학자인 앙리 푸앵카레는 삼체 문제에 대한 획기적인 에세이로 찬사를 받았다. 그의 연구는 수십 년에 걸쳐 지배적인 위치를 차지한 물리학 분야인 혼돈 이론의 기초를 마련했다.

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9 / 29 Fotos

혼돈 이론 -

혼돈 이론은 본질적으로 시스템의 초기 조건(예: 행성의 질량이나 속도)에서 발생하는 미래를 예측할 수 없게 만드는 행성의 불확실성을 탐구한다.

©

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10 / 29 Fotos

불확실성의 파급 효과 -

혼돈 이론은 이러한 사소한 부정확성이 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 확대될 수 있음을 보여준다. 이 이론은 특정 지점을 넘어 미래의 궤적이나 궤도를 근본적으로 예측할 수 없기 때문에 모든 삼체 시스템에 적용된다.

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11 / 29 Fotos

잘못된 방향 -

삼체 시스템의 예측 불가능성은 A에서 B로 이동하며 잘못된 방향으로 가는 것과 비교할 수 있다. 여행이 끝날 무렵에 잘못된 방향으로 방향을 틀면 처음부터 걸음을 잘못 내디뎠을 때보다는 목적지에 더 가깝다.

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12 / 29 Fotos

실용적 중요성 -

삼체 문제를 해결하면 별과 행성(지구 포함)이 어떻게 움직이는지에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있다. 이를 통해 과학자들은 정확한 장기적인 움직임을 차트화할 수 있으며, 이는 지구의 미래에 깊은 영향을 미칠 수 있다.

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13 / 29 Fotos

기후 결과 -

지구 궤도의 미세한 변화도 지구의 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 움직임을 이해하고 예측함으로써 과학자들은 인류가 직면할 수 있는 상황에 대한 더 많은 지식을 얻을 수 있다.

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14 / 29 Fotos

해결할 수 없는 문제의 예외 사례 -

해결할 수 없다는 인식에도 불구하고 삼체 문제에는 예외 사례가 있다. 세 물체가 8자 경로로 움직일 때와 같은 특정 시나리오에서는 안정적인 해결책이 나올 수 있지만, 이는 매우 구체적인 조건에 따라 달라진다.

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15 / 29 Fotos

제한된 삼체 문제 -

연구자들이 해결책을 찾는 한 가지 방법은 태양과 지구처럼 두 개의 큰 천체가 지배적이고 달처럼 작은 천체가 최소한의 영향력을 발휘하는 '제한된' 삼체 문제이다. 이 접근 방식은 계산을 단순화하고 귀중한 통찰력을 제공한다.

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16 / 29 Fotos

세 개의 별이 상호작용할 때 -

넷플릭스의 '삼체 문제'에 등장하는 것과 같은 3성계는 삼체 문제에 복잡성을 더한다. 서로의 강렬한 중력은 예측할 수 없는 궤도 혼돈을 일으킨다.

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17 / 29 Fotos

컴퓨터의 역할 -

현대의 컴퓨터는 수동 계산보다 훨씬 더 높은 효율로 3체 시스템을 시뮬레이션할 수 있다. 하지만 이러한 시뮬레이션은 천체의 대략적인 궤도 경로만 제공하기 때문에 정확하지 않다.

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18 / 29 Fotos

우주의 탐구 -

삼체 문제의 해결은 우주 여행에도 매우 중요하다. 과학자들은 천체와 우주선 간의 상호 작용을 모델링하여 임무를 위한 잠재적 궤적을 식별하고 우주를 통과하는 실행 가능한 경로를 만들 수 있다.

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19 / 29 Fotos

실제 사례 -

실제 우주에는 삼중성계(예: 알파 센타우리), 심지어 행성과 태양의 중력 사이에 끼어 있는 위성과 같은 삼체 시스템이 존재한다.

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20 / 29 Fotos

라그랑주 포인트 -

삼체 문제는 세 물체 사이의 중력이 서로를 움직일 때 안정성 주머니를 만드는 라그랑주 포인트의 개념을 도입했다. 이론적으로 과학자들은 궤도 역학을 더 연구하기 위해 위성을 이러한 포인트에 배치할 수 있었다.

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n체 문제와의 관련성 -

삼체 문제는 세 개 이상의 물체가 중력적으로 상호작용하는 n체 문제를 이해하는 관문이다. "n"은 어떤 숫자로든 대체할 수 있으며, 이러한 시스템은 더욱 혼란스럽다.

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22 / 29 Fotos

일반 상대성 이론의 검증 -

삼체 문제는 뉴턴의 만유인력 법칙을 개선한 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하는 데에도 사용되었다. 과학자들은 삼중성 배열 시스템을 관찰함으로써 강렬한 조건에서의 중력 효과를 연구할 수 있다.

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23 / 29 Fotos

블랙홀 -

과학자들은 또한 삼체 문제가 블랙홀과 같은 더 극단적인 천체로 확장될 수 있다는 이론을 세웠다. 질량이 비슷한 세 개의 블랙홀이 서로 궤도를 돌고 있다면 중력 효과는 치명적일 수 있다.

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24 / 29 Fotos

행성 형성 -

삼체 시스템의 혼돈적인 특성은 가설적으로 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 단서를 제공한다. 초기 태양계가 발생할 때 가스 구름과 먼지 구름의 상호작용은 종종 삼체 문제와 유사하며, 이는 어떤 천체가 생존하거나 방출되는지에 영향을 미친다.

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25 / 29 Fotos

문학 및 예술 작품 -

삼체 문제는 과학을 넘어 수많은 문학적, 예술적 해석에 영감을 주었다. 넷플릭스 쇼에 각색된 류시신의 '삼체 문제'(2006)와 같은 소설에서 볼 수 있듯이 혼돈, 불확실성, 천체의 아름다움이라는 주제는 크리에이터들에게 영감을 불러일으킨다.

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26 / 29 Fotos

미래의 돌파구에 대한 약속 -

삼체 문제는 아직 해결되지 않았지만, 계산과 수학 이론의 발전으로 인해 그 복잡성에 대한 이해는 더욱 가까워지고 있다. 각 발견은 과학과 탐구의 새로운 가능성을 드러낸다.

이미지 제공: 나사/JPL-칼테크

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인간의 호기심에 대한 증거 -

삼체 문제는 인류의 끊임없는 지식 추구를 보여준다. 이러한 어려움에도 불구하고 이 퍼즐을 풀기 위한 탐구는 우주의 신비를 풀어내려는 세계인의 호기심과 결단력으로 계속된다.

출처: (Business Insider) (Live Science) (Britannica)

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삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

아이작 뉴턴 시대부터 과학자들을 당황하게 만든 과학적 수수께끼

삼체 문제: 과연 해결할 수 있을까?

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09/01/25 | João Martins

라이프 스타일 천문학

2024년 초, 넷플릭스는 수세기 동안 과학자와 천문학자들을 당황하게 만든 실제 수학 퍼즐에서 이름을 따온 '삼체 문제'라는 TV 시리즈를 배포했다. 이 문제는 천문학에서 가장 두드러진 문제 중 하나로, 과학자들은 우주에서 특정 유형의 서로 다른 천체 사이의 혼돈을 예측하는 데 어려움을 겪고 있다.이 문제는 역사상 수많은 돌파구를 불러일으켰으며, 넷플릭스의 공상과학 시리즈는 실제 수수께끼를 바탕으로 과학과 스토리텔링을 결합하여 중력 시스템과 우주의 신비를 탐구한다. 그렇다면 삼체 문제란 정확히 무엇이며, 이를 해결할 희망은 있을까? 이 갤러리에서 확인해보자.

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