De wetenschap achter het ‘drielichamenprobleem’ – zodat jij ook een mening kunt hebben

Op het eerste gezicht behandelt de Netflix-serie ‘3 Body Issue’ een klassiek sci-fi-thema: de ontmoeting van de mensheid met een buitenaardse beschaving. Maar met een nieuwe wending: de Trisolarians komen van een planeet die niet om één zon draait, maar om drie zonnen. Als gevolg hiervan verandert de baan van de planeet voortdurend – soms dodelijk koud, soms intense hitte. Alleen in de weinige ‘stabiele perioden’ die er zijn, kan deze levensvorm zich blijven ontwikkelen. Zou zoiets echt kunnen bestaan? Dus wat is dit ‘drielichamenprobleem’ precies?

Wat is het drielichamenprobleem?

Het is de wiskundige formule voor de vraag hoe drie hemellichamen waarvan de zwaartekracht elkaar beïnvloedt, bewegen. De vergelijkingen zelf zijn heel eenvoudig en bestaan ​​uit de bewegingswet van Newton voor drie lichamen.

Wat betekent het?

Rond 1660 realiseerde Isaac Newton zich dat een voorwerp dat door een kracht wordt uitgeoefend, versnelt in de richting van die kracht. Hij realiseerde zich dat de aantrekkingskracht tussen twee lichamen evenredig is met hun massa en omgekeerd evenredig met de afstand ertussen.

Wat is er ingewikkeld aan?

Wederzijdse interactie: Blok 1 ‘trekt’ Blokken 2 en 3, Blok 2 aan Blokken 1 en 3, en Blok 3 aan Blokken 1 en 2. Twee massa’s die dicht genoeg bij elkaar komen, vallen als het ware naar elkaar toe, en cirkelen dan rond een ander gemeenschappelijk centrum. Dit kan analytisch worden opgelost en beschreven door een formule. Bij drie objecten verstoort één massa altijd de paden van de andere objecten. Het systeem gedraagt ​​zich ‘chaotisch’.

Betekent dit dat hij doet wat hij wil?

Nee. Zelfs een chaotisch systeem gedraagt ​​zich ‘deterministisch’. Dit betekent dat als je de beginvoorwaarden kent, dat wil zeggen de locatie en snelheid van elk blok, je kunt berekenen hoe het systeem verder zal evolueren. Het resultaat van berekeningen in chaotische systemen hangt echter grotendeels af van de beginvoorwaarden.

Chaos is dus geen chaos?

Dit hangt af van hoe u de term begrijpt. Vooral in de jaren tachtig onderzocht de chaostheorie de overeenkomsten tussen chaotische systemen, waarvan het gedrag sterk afhangt van de beginvoorwaarden. Om het bot te zeggen: dit zijn vaak dynamische systemen (hun toestand verandert in de loop van de tijd) met niet-lineaire interacties tussen hun individuele componenten. Het belangrijkste resultaat van het chaosonderzoek was dat dergelijke systemen, hoewel onvoorspelbaar, enig regelmatig gedrag vertoonden – volledig onafhankelijk van specifieke fysica. In faseruimte hebben ze bijvoorbeeld de zogenaamde Vreemde attracties Die op zijn beurt Fractale afmetingen Dat klopt, maar hier wordt het heel wiskundig.

Dus je kunt de banen in het drielichamenprobleem berekenen?

Ja, maar je kunt vergelijkingen alleen numeriek oplossen, niet analytisch. Numerieke oplossingen zijn echter nooit helemaal nauwkeurig, omdat ze voortkomen uit berekeningen met specifieke, eindig lange getallen. Er zijn dus altijd kleine afrondingsfouten. Dit is meestal niet zo erg, maar in chaotische systemen kan het tot totaal verkeerde oplossingen leiden.

De auteur van de Trisolaris-trilogie, Cixin Liu, legde in een interview uit dat hij al heel lang gefascineerd was door deze paradox: er bestaat een systeem van drie vergelijkingen dat op het eerste gezicht niet bijzonder ingewikkeld lijkt, maar we kunnen het niet oplossen. Hij vroeg zich af: als de mensheid zo’n eenvoudig probleem niet kan oplossen, hoe kan zij zich dan voorstellen dat zij de meer complexe problemen waarmee zij wordt geconfronteerd, kan oplossen?

Zijn er sterrenstelsels met drie zonnen en één planeet?

Ja dat is er. Het Alpha Centauri-systeem, dat ongeveer 4,3 lichtjaar verwijderd is, bevat naast de ster drie sterren en minstens één planeet: Alpha Centauri A, Alpha Centauri B en de ster Proxima Centauri, op 0,2 lichtjaar afstand. Het sterrensysteem HD 131399, waarin een grote gasplaneet te vinden is. In de twee genoemde voorbeelden staan ​​de twee zonnen relatief dicht bij elkaar en daarom zijn ze volkomen stabiel. Alleen als we een systeem hebben van drie objecten met een vergelijkbare massa die relatief dicht bij elkaar staan, is hun beweging chaotisch.

Zou er leven kunnen zijn in zo’n systeem?

Op basis van wat we weten is dit zeer onwaarschijnlijk. Er komen echter ook zeer onwaarschijnlijke gevallen voor – als je het experiment maar vaak genoeg herhaalt. Er bestaat echter geen wetenschappelijke consensus over de vraag naar het aantal planeten in het universum waarop in principe leven zou kunnen bestaan. Hoewel er een formule is om dit cijfer te schatten – de zogenaamde Drake’s formule. De individuele factoren in deze formule kunnen echter slechts bij benadering worden geschat.