Planetbanen i Netflixs 3 Body Problem er tilfældig og kaotisk, men kunne den eksistere?

Jeg stødte første gang på problemet med tre krop for 60 år siden, i en novelle kaldet "Placet is a Crazy Place" af den amerikanske science fiction-forfatter Frederic Brown.

I Browns historie er Placet en planet i en ottetals kredsløb omkring to stjerner, hvoraf den ene er sammensat af almindeligt stof, den anden af ​​antistof. Nærheden af ​​de to stjerner får tid og rum til at blive vidunderligt forvrænget, så Placet kan formørke sig selv. Men spændende nok antages banen at være stabil og forudsigelig.

Den kinesiske science fiction-forfatter Liu Cixins episke trilogi, "Rememberance of Earth's Past", vender tilbage til at forestille sig, hvad der kunne ske, når tre himmellegemer er i kredsløb om hinanden. Den første del, "The Three-Body Problem", er blevet tilpasset til en serie af Netflix.

Åbningsscenerne til "3 Body Problem", der foregår i Beijing i de tidlige dage af kulturrevolutionen, er særligt kraftfulde. Karaktererne i serien er fejlbehæftede – videnskabsmændene er meget intelligente, men deres ambitioner, fejl og frygt er alt for tydelige.

Tilfældig bevægelse

Plottet i "3 Body Problem" involverer en fremmed race, kendt som Trisolarians, der beboer en planet, der kredser om et nærliggende stjernesystem, kendt som Alpha Centauri. Dette består af tre stjerner, der følger konstant skiftende baner, hvilket får planeten til at gå fra bitter kulde til brændende varme på få minutter.

Stjernernes bevægelse er uforudsigelig, så trisolarierne kan ikke forudse ankomsten af ​​de såkaldte kaotiske epoker, der fører til planet-dækkende ødelæggelse af deres miljø.

Spændende nok er Alpha Centauri faktisk et tredobbelt stjernesystem, der består af to stjerner, der kredser tæt om hinanden over en periode på næsten 80 år, og en meget fjernere tredje stjerne. Dette er meget forskelligt fra systemet repræsenteret i "3 Body Problem."

Så kunne vi forestille os et system, hvor stjernerne er så tæt på hinanden i deres baner, at deres bevægelse bliver tilfældig?

Mulige baner

Svaret ligger i hjertet af teoretisk fysik. Isaac Newton løste berømt to-legeme-problemet for Jord-måne-systemet i 1660'erne, så vi kan forudsige månens bane med ekstraordinær præcision.

Det er lidt overraskende, at dette fungerer så godt, fordi vi ignorerer solen, hvilket ville gøre den til et problem med tre kroppe. Tricket til at håndtere dette (et af mange) er, at vi kan finde en løsning, der virker for Jord-månen, og så tilføje effekten af ​​solen, som viser sig at være lille.

Vi har lært meget siden Newton. Der er ingen generel løsning på problemet med tre kroppe:Vi kan ikke nedskrive en formel for, hvordan tre kroppe vil bevæge sig generelt. Vi har fundet en lang række særlige tilfælde; selv ottetalsbanen for den fiktive Placet er mulig.

James Webb-teleskopet er også blevet genialt placeret til at give en anden løsning på tre-kropsproblemet. Den kredser om solen, ud over månens kredsløb om Jorden, så den kan beskyttes mod stråling så meget som muligt.

Det er kompliceret, men ligetil for en computer at finde løsninger på tre-kropsproblemet. Kosmologer har brugt beregningsanalyse til at konstruere stadig mere komplekse modeller af, hvordan universet udviklede sig fra en næsten fuldstændig ensartet begyndelse til dets nuværende stadie. Disse modeller kører typisk med mere end 10 milliarder kroppe.

Kaotiske systemer

Så hvorfor skulle vi være interesserede i noget så banalt som tre kroppe? For hvis vi har et system med tre objekter, alle massive og ret tæt på, er deres bevægelse kaotisk. Det betyder, at selvom vi næsten kan finde ud af, hvad der sker med dem over en kort periode, så bliver det uforudsigeligt over lang tid. Men bemærk, at jeg ikke har fortalt dig, hvad lang og kort betyder i denne sammenhæng.

Vi kan få en fornemmelse af dette, hvis vi ser på vejret, et andet kaotisk system og specifikt orkaner. Vi kan præcist forudsige, hvor en orkan vil komme i land 12 timer i forvejen – to dage i forvejen kan vi lave en grov forudsigelse, men en uge i forvejen er umuligt.

Mens tre kroppe i kredsløb bevæger sig, danser de hen over himlen på en ekstraordinær kompleks måde. Vi har ingen måde at gætte på, hvor hver af kroppene kan være placeret om 1.000 år. De er måske ikke engang til stede:Der er eksempler på, at en af ​​stjernerne i en polyamorøs trekløver ville blive skudt totalt ud og efterlade et dobbeltstjernesystem.

Uforudsigelige systemer

I "3 Body Problem" er udfordringen, at banerne får klimaet til at vende uden nogen advarsel. Dette er karakteristisk for en anden slags situation, et såkaldt stokastisk problem.

Et klassisk eksempel er en fuld, der forsøger at navigere sig frem til døren, når hvert skridt efterfølges af et andet i en tilfældig retning. Du kan ikke forudsige, hvor det næste skridt vil tage ham, men du kan sige, at han til sidst vil nå døren. Det er en lille smule skræmmende, at sådanne systemer er i hjertet af vores civilisation, som demonstreret af aktiemarkedets svingninger. Men stjerner – og det klima, de producerer – er ikke stokastiske.

Den fiktive Alpha Centauri, som Trisolarianerne bebor, repræsenterer et kaotisk system, der kan forudsiges præcist på kort sigt, men uforudsigeligt over tusinder af år. Men det ville være meget nemmere for dem at forudsige det end at invadere Jorden. Som med meget science fiction, nyd det for fiktionen og ikke videnskaben.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.