Фото: Unsplash/CC0 Public Domain
Впервые я столкнулся с проблемой трех тел 60 лет назад в рассказе американского писателя-фантаста Фредерика Брауна «Плейсет — сумасшедшее место».
В рассказе Брауна Плейсет — это планета, вращающаяся вокруг двух звезд, одна из которых состоит из обычной материи, а другая — из антиматерии. Близость двух звезд приводит к тому, что время и пространство чудесным образом искажаются, так что Плейсет может затмить себя. Но, что интересно, орбита предполагается стабильной и предсказуемой.
Эпическая трилогия китайского писателя-фантаста Лю Цысиня «Воспоминание о прошлом Земли» возвращает нас к представлению о том, что может произойти, когда три небесных тела находятся на орбите друг вокруг друга. Первая часть «Задачи трех тел» была адаптирована Netflix в сериал.
Особенно впечатляют первые сцены фильма «Проблема трех тел», происходящего в Пекине в первые дни Культурной революции. Персонажи сериала несовершенны: ученые очень умны, но их амбиции, неудачи и страхи слишком очевидны.
Случайное движение
Сюжет «Проблемы трех тел» включает в себя инопланетную расу, известную как трисолярианцы, населяющую планету, вращающуюся вокруг соседней звездной системы, известной как Альфа Центавра. Он состоит из трех звезд, которые постоянно движутся по меняющимся орбитам, заставляя планету за считанные минуты переходить от сильного холода к палящей жаре.
Движение звезд непредсказуемо, поэтому трисолярианцы не могут предвидеть наступление так называемых хаотических эр, которые приведут к общепланетному разрушению их окружающей среды.
Интересно, что Альфа Центавра на самом деле представляет собой тройную звездную систему, состоящую из двух звезд, которые вращаются вокруг друг друга на близком расстоянии в течение почти 80 лет, и гораздо более далекой третьей звезды. Это сильно отличается от системы, представленной в «Задаче трех тел».
Можем ли мы представить себе систему, в которой звезды расположены на своих орбитах настолько близко друг к другу, что их движение становится случайным?
Возможные орбиты
Ответ лежит в основе теоретической физики. Исаак Ньютон, как известно, решил задачу двух тел для системы Земля-Луна в 1660-х годах, поэтому мы можем предсказывать орбиту Луны с необычайной точностью.
Немного удивительно, что это так хорошо работает, поскольку мы игнорируем Солнце, что превратило бы его в задачу трех тел. Хитрость решения этой проблемы (одна из многих) состоит в том, что мы можем найти решение, которое работает для Земли-Луны, а затем добавить эффект Солнца, который окажется небольшим.
Мы многому научились со времен Ньютона. Общего решения задачи трех тел не существует: мы не можем записать формулу того, как вообще будут двигаться три тела. Мы обнаружили целый ряд особых случаев; возможна даже восьмиугольная орбита вымышленной площади.
Кроме того, телескоп Джеймса Уэбба был изобретательно размещен, чтобы обеспечить еще одно решение проблемы трех тел. Он вращается вокруг Солнца, за пределами орбиты Луны и Земли, поэтому его можно максимально защитить от радиации.
Компьютеру сложно, но просто найти решение задачи трех тел. Космологи используют компьютерный анализ для построения все более сложных моделей того, как Вселенная развивалась от почти полностью однородного начала до современной стадии. Эти модели обычно работают с более чем 10 миллиардами тел.
Хаотические системы
Так почему же нас должна интересовать такая обыденная вещь, как три тела? Потому что если у нас есть система из трех объектов, все массивные и достаточно близкие, их движение хаотично. Это означает, что хотя мы и можем почти точно узнать, что с ними происходит за короткий период времени, в течение длительного времени это становится непредсказуемым. Но обратите внимание: я не рассказал вам, что означает «длинное» и «короткое» в данном контексте.
Мы можем почувствовать это, если посмотрим на погоду, другую хаотическую систему и, в частности, на ураганы. Мы можем точно предсказать, где ураган обрушится на берег, за 12 часов вперед; за два дня мы можем сделать приблизительный прогноз, но на неделю вперед это невозможно.
Когда три тела на орбите движутся, они танцуют по небу чрезвычайно сложным образом. У нас нет возможности угадать, где может находиться каждое из тел через 1000 лет. Их может даже не быть рядом: есть примеры, когда одна из звезд полиаморной тройки полностью выбрасывалась, оставляя после себя систему двойной звезды.
Непредсказуемые системы
В «Задаче трех тел» задача состоит в том, что орбиты вызывают переворот климата практически без предупреждения. Это характерно для другой ситуации, так называемой стохастической задачи.
Классический пример — пьяный, пытающийся проложить путь к двери, когда за каждым шагом следует другой в случайном направлении. Вы не можете предсказать, куда его приведет следующий шаг, но можно сказать, что в конце концов он достигнет двери. Немного пугает то, что подобные системы лежат в основе нашей цивилизации, о чем свидетельствуют колебания фондового рынка. Но звезды – и климат, который они создают – не стохастичны.
Вымышленная Альфа Центавра, которую населяют трисолярианцы, представляет собой хаотическую систему, точно предсказуемую в краткосрочной перспективе, но непредсказуемую в течение тысяч лет. Но им было бы гораздо проще предсказать это, чем вторгнуться на Землю. Как и в случае с большей частью научной фантастики, наслаждайтесь ею ради фантастики, а не из-за науки.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
