Погледнете нашата Слънчева система и отвъд нея, и откритото пространство изглежда доста подредено. Осемте ни планети се движат около Слънцето с видима предсказуемост и дори самите звезди сякаш се движат в орбита около свръхмасивната черна дупка в сърцето на галактиката. Ето защо преди стотици години астрономите и философите на природата разбираемо са наричали Космоса един вид "Вселена с часовников механизъм", която е била навита при сътворението и оттогава тиктака в пълно съвършенство.

Прекрасна идея, която обаче е и напълно погрешна.

В действителност Вселената е изпълнена с хаос и нищо не обобщава тази идея така съвършено, както проблемът с трите тела. Макар да се радва на известно (и отдавна закъсняло) внимание благодарение на новата адаптация на Netflix на едноименния китайски научнофантастичен роман от 2008 г., проблемът за трите тела е нещо много повече от изобретателна научнофантастична сюжетна линия - това е реална астрономическа загадка, която е подлудила някои от най-великите математически умове в историята.

Самият проблем е измамно прост: точно да се предвиди траекторията на три тела (планети, слънца, черни дупки и т.н.), които се привличат взаимно от гравитацията, когато са зададени началното им положение и скорост. Но въпреки елегантната простота на проблема в продължение на векове учените са се опитвали - и в по-голямата си част не са успели - да намерят решение.

Както често се случва с математиката на хаоса, тя е сложна.

За да разберем защо определянето на траекториите на три орбитални тела е такава непроницаема каша във физиката, най-добре е да се върнем назад - много назад - към началото на проблема (и на повечето гравитационни неща), поставен за първи път от Сър Исак Нютон в неговия труд Principia. В този трактат английският учен излага законите си за движението и универсалната гравитация и с тези нови открития разработва подробностите за орбитата на Земята около Слънцето (класически йерархичен проблем за две тела). Но след това Нютон се натъква на проблем, който не може да реши напълно:
Какво се случва, когато се добави трето тяло?

"И така, проблемът с две тела... се състои в това, че ако започнете с някакви начални условия - като позиция на планета А и позиция на планета Б и те се въртят една около друга, - можете да запишете с прости формули орбитите им през останалото време", казва Никълъс Стоун, астрофизик и старши преподавател в Еврейския университет в Йерусалим, пред Inverse. Последното изследване на Стоун използва математическия хаос, открит в проблемите с три тела, за да създаде статистически вероятности за решенията. "Но за проблема с три тела не може да се направи това и хората са търсили много дълго време."

В продължение на двеста години много астрономи са се опитвали да решат този сложен въпрос, включително италианският математик Жозеф Луи Лагранж, който през 1772 г. открива своите едноименни точки на Лагранж, докато се занимава с този проблем. През 1890 г., когато участва в международен конкурс, организиран от краля на Швеция и Норвегия Оскар II, френският математик и теоретичен физик Анри Поанкаре открива, че общият проблем за трите тела просто няма решение.

Въпреки че не използва този термин по онова време, Поанкаре по същество е открил принципа на математическия хаос - система, която е твърде сложна с твърде много променливи, за да бъде решена с едно аналитично уравнение.

Но не всички видове проблеми, свързани с три тела, са нерешими.

Например, ако два обекта имат значително по-голяма маса от трето тяло - като планета, обикаляща около двойна звездна система, - тогава масата на този трети обект може да бъде до голяма степен пренебрегната, което прави възможно аналитичното решение. Това е т.нар. ограничена задача за три тела, а системата Земя - Луна на орбита около Слънцето е друг пример (макар и с два обекта с ниска маса и един голям). След това има проблем с три тела, който вместо това може да има "йерархия на разделянето", а не на размера.

"Имате два обекта, които са много близо един до друг, и трети обект, който винаги е много далеч", казва Стоун, "тогава можете да напишете нещо като решение с химикал, което взема началните условия и ви казва какво ще се случи в бъдеще."

Макар че по този начин не могат да се получат перфектни детерминистични решения, те са достатъчно добри и изключително полезни, когато НАСА или други космически агенции планират мисии в Дълбокия космос.

Но когато става въпрос за проблеми с три тела, които не проявяват нито една от тези йерархии (т.е. всички тела са с относително еднаква маса и се привличат взаимно от гравитацията), тогава всички залози са изключени. Навлизането на изкуствените компютри в средата на ХХ в. направи възможно приблизителното решаване на тези проблеми с помощта на метод, известен като "числено интегриране", но и до днес е невъзможно да се създаде детерминирано решение на общ проблем с три тела.

Снимка: Unsplash

Виж още: За да удължите живота на литиево-метална батерия за електромобил, просто я изхабете и я оставете да престои