In het verhaal van Brown is Placet een planeet in een baan in de vorm van een 8 rond twee sterren, waarvan er één bestaat uit gewone materie, de andere uit antimaterie. De nabijheid van de twee sterren zorgt ervoor dat tijd en ruimte op wonderbaarlijke wijze worden vervormd, zodat Placet zichzelf kan verduisteren. Maar, intrigerend genoeg, wordt aangenomen dat de baan stabiel en voorspelbaar is.

De epische trilogie van de Chinese sciencefictionschrijver Liu Cixin, 'Herinnering aan het verleden van de aarde', keert terug naar de verbeelding van wat er zou kunnen gebeuren als drie hemellichamen in een baan om elkaar heen draaien. Het eerste deel, 'The Three-Body Problem', is door Netflix verfilmd tot een serie.

Bijzonder krachtig zijn de openingsscènes van '3 Body Problem', dat zich afspeelt in Peking in de begindagen van de Culturele Revolutie. De personages in de serie zijn gebrekkig:de wetenschappers zijn zeer intelligent, maar hun ambities, tekortkomingen en angsten zijn maar al te duidelijk.

Willekeurige beweging

De plot van "3 Body Problem" betreft een buitenaards ras, bekend als de Trisolarians, die een planeet bewoont die rond een nabijgelegen sterrenstelsel draait, bekend als Alpha Centauri. Deze bestaat uit drie sterren die voortdurend veranderende banen volgen, waardoor de planeet binnen enkele minuten van bittere kou naar verzengende hitte gaat.

De beweging van de sterren is onvoorspelbaar, dus de Trisolariërs kunnen niet anticiperen op de komst van de zogenaamde chaotische tijdperken die leiden tot de wereldwijde vernietiging van hun omgeving.

Het is intrigerend dat Alpha Centauri eigenlijk een drievoudig sterrensysteem is, bestaande uit twee sterren die gedurende een periode van bijna 80 jaar dicht om elkaar heen draaien, en een derde ster die veel verder weg staat. Dit is heel anders dan het systeem dat wordt weergegeven in "3 Body Problem."

Kunnen we ons een systeem voorstellen waarbij de sterren zo dicht bij elkaar staan ​​in hun banen dat hun beweging willekeurig wordt?

Mogelijke banen

Het antwoord ligt in de kern van de theoretische natuurkunde. Isaac Newton heeft in de jaren 1660 op beroemde wijze het tweelichamenprobleem voor het aarde-maansysteem opgelost, zodat we de baan van de maan met buitengewone precisie kunnen voorspellen.

Het is een beetje verrassend dat dit zo goed werkt, omdat we de zon negeren, waardoor er een drielichamenprobleem zou ontstaan. De truc om dit aan te pakken (een van de vele) is dat we een oplossing kunnen vinden die werkt voor de aardmaan en daar dan het effect van de zon aan toevoegen, dat klein blijkt te zijn.

We hebben veel geleerd sinds Newton. Er bestaat geen algemene oplossing voor het drielichamenprobleem:we kunnen geen formule opschrijven voor hoe drie lichamen in het algemeen zullen bewegen. We hebben een hele reeks bijzondere gevallen gevonden; zelfs de achtvormige baan van de fictieve Placet is mogelijk.

Ook is de James Webb-telescoop op ingenieuze wijze geplaatst om een ​​andere oplossing te bieden voor het drielichamenprobleem. Hij draait rond de zon, buiten de baan van de maan om de aarde, zodat hij zoveel mogelijk tegen straling kan worden beschermd.

Het is ingewikkeld maar eenvoudig voor een computer om oplossingen te vinden voor het drielichamenprobleem. Kosmologen hebben computeranalyses gebruikt om steeds complexere modellen te construeren van hoe het universum zich heeft ontwikkeld van een bijna volledig uniform begin tot zijn huidige stadium. Deze modellen werken doorgaans met meer dan 10 miljard lichamen.

Chaotische systemen

Dus waarom zouden we geïnteresseerd zijn in zoiets alledaags als drie lichamen? Omdat als we een systeem van drie objecten hebben, allemaal massief en redelijk dichtbij, hun beweging chaotisch is. Dit betekent dat, hoewel we in korte tijd vrijwel precies kunnen achterhalen wat er met hen gebeurt, het op lange termijn onvoorspelbaar wordt. Maar let op:ik heb je niet verteld wat lang en kort in deze context betekent.

We kunnen hier een gevoel voor krijgen als we naar het weer, een ander chaotisch systeem en vooral naar orkanen kijken. We kunnen twaalf uur van tevoren nauwkeurig voorspellen waar een orkaan aan land zal komen. Twee dagen van tevoren kunnen we een ruwe voorspelling doen, maar een week van tevoren is onmogelijk.

Terwijl drie lichamen in een baan om de aarde bewegen, dansen ze op een buitengewoon complexe manier door de lucht. We kunnen niet raden waar elk van de lichamen zich over 1000 jaar zou kunnen bevinden. Het kan zijn dat ze er niet eens zijn:er zijn voorbeelden waarbij een van de sterren in een polyamoreus trio volledig zou worden uitgeworpen, waardoor een dubbelstersysteem achterbleef.

Onvoorspelbare systemen

In "3 Body Problem" is de uitdaging dat de banen ervoor zorgen dat het klimaat zonder enige waarschuwing omslaat. Dit is kenmerkend voor een ander soort situatie, een zogenaamd stochastisch probleem.

Een klassiek voorbeeld is een dronkaard die probeert naar de deur te navigeren, waarbij elke stap in willekeurige richting door een andere wordt gevolgd. Je kunt niet voorspellen waar de volgende stap hem zal brengen, maar je kunt wel zeggen dat hij uiteindelijk de deur zal bereiken. Het is een beetje beangstigend dat dergelijke systemen de kern van onze beschaving vormen, zoals blijkt uit de bewegingen van de aandelenmarkt. Maar sterren – en het klimaat dat ze voortbrengen – zijn niet stochastisch.

De fictieve Alpha Centauri die de Trisolariërs bewonen vertegenwoordigt een chaotisch systeem, nauwkeurig voorspelbaar op de korte termijn, maar onvoorspelbaar over duizenden jaren. Maar het zou veel eenvoudiger voor hen zijn om het te voorspellen dan de aarde binnen te vallen. Zoals met veel sciencefiction:geniet ervan vanwege de fictie en niet vanwege de wetenschap.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.