Hvad er det 3 kropsproblem? Astrofysiker forklarer konceptet bag det populære Netflix-show

"3 Body Problem", Netflix' nye big-budget-tilpasning af Liu Cixins bogserie styret af skaberne bag "Game of Thrones", sætter videnskaben i science fiction.

Serien fokuserer på videnskabsmænd, når de forsøger at løse et mysterium, der strækker sig over årtier, kontinenter og endda galakser. Det betyder, at "3 Body Problem" kaster nogle ret komplicerede kvantemekaniske og astrofysiske koncepter mod publikum, mens den, nogle gange bogstaveligt talt, forsøger at bringe disse ideer ned på jorden.

Men kernen i serien er problemet med tre kroppe, et spørgsmål, der har studset videnskabsmænd i århundreder.

Hvad er problemet med tre krop helt præcist, og hvorfor er det stadig uløseligt? Jonathan Blazek, en assisterende professor i fysik ved Northeastern University, forklarer, at systemer med to objekter, der udøver tyngdekraft på hinanden, uanset om de er partikler eller stjerner og planeter, er forudsigelige. Forskere har været i stand til at løse dette to-kropsproblem og forudsige objekters kredsløb siden Isaac Newtons dage. Men så snart en tredje krop kommer ind i blandingen, bliver hele systemet kastet ud i kaos.

"Tre-legeme-problemet er udsagnet om, at hvis du har tre kroppe, der graviterer mod hinanden under Newtons tyngdelov, er der ingen generel lukket-form løsning for den situation," siger Blazek. "Små forskelle bliver forstærket og kan føre til vildt uforudsigelig adfærd i fremtiden."

I "3 Body Problem", ligesom i Cixins bog, er dette en realitet for rumvæsner, der lever i et solsystem med tre sole. Da alle tre stjerner udøver gravitationskræfter på hinanden, ender de med at kaste solsystemet ud i kaos, mens de kaster hinanden frem og tilbage. For Trisolarans, navnet på disse rumvæsener, betyder det, at når en sol bliver kastet langt væk, fryser deres planet, og når en sol kastes ekstremt tæt på deres planet, bliver den brændt i brand. Hvad værre er, på grund af problemet med tre kroppe er disse bevægelser fuldstændig uforudsigelige.

I århundreder har videnskabsmænd overvejet spørgsmålet om, hvordan man bestemmer et stabilt udgangspunkt for tre gravitationslegemer, der ville resultere i forudsigelige baner. Der er stadig ingen generaliserbar løsning, der kan tages ud af teorien og modelleres i virkeligheden, selvom forskerne for nylig er begyndt at finde nogle potentielt kreative løsninger, herunder modeller baseret på fulde menneskers bevægelser.

"Hvis du vil [forudsige] hvad solsystemet kommer til at gøre, kan vi sætte alle planeterne og så mange asteroider som vi kender ind i en computerkode og dybest set sige, at vi vil beregne kraften mellem alting og flytte alt fremad en lille smule," siger Blazek. "Dette virker, men i det omfang du foretager nogle tilnærmelser ... vil alle disse ting i sidste ende bryde sammen, og din forudsigelse vil blive unøjagtig."

Blazek siger, at problemet med tre kroppe har fanget videnskabelige sind, fordi det er et tilsyneladende simpelt problem. De fleste gymnasieelever i fysik lærer Newtons tyngdelov og kan med rimelighed beregne og forudsige bevægelsen af ​​to legemer.

Tre-krop-systemer og mere end tre-krop-systemer dukker også op i hele universet, så spørgsmålet er utroligt relevant. Se ikke længere end til vores solsystem.

Forholdet mellem solen, jorden og vores måne er et system med tre kroppe. Men Blazek siger, at eftersom solen udøver en stærkere tyngdekraft på Jorden, og Jorden gør det samme på månen, skaber den et par to-kropssystemer med stabile, forudsigelige baner – indtil videre.

Blazek siger, at selvom vores solsystem ser stabilt ud, er der ingen garanti for, at det vil forblive sådan i den fjerne fremtid, fordi der stadig er multi-body-systemer i spil. Små ændringer som en asteroide, der rammer en af ​​Jupiters måner og ændrer dens kredsløb en smule, kan til sidst udvikle sig til større ændringer.

Det betyder ikke, at menneskeheden vil stå over for en krise som den, Trisolaranerne står over for i "3 Body Problem". Disse ændringer sker ekstremt langsomt, men Blazek siger, at det er endnu en påmindelse om, hvorfor disse begreber er interessante og vigtige at tænke på i både science og science fiction.

"Jeg tror ikke, der vil ske noget på tidsskalaen for vores uge eller endda sandsynligvis vores art - vi har større problemer end ustabiliteten af ​​kredsløb i vores solsystem," siger Blazek. "Men når det er sagt, hvis du tænker på milliarder af år, i den periode ved vi ikke, at banerne vil forblive, som de er i øjeblikket. Der er en god chance for, at der vil være en vis ustabilitet, der ændrer, hvordan tingene ser ud i solsystemet ."

Leveret af Northeastern University

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Northeastern Global News news.northeastern.edu.