Ich bin vor 60 Jahren zum ersten Mal auf das Drei-Körper-Problem gestoßen, in einer Kurzgeschichte mit dem Titel „Placet ist ein verrückter Ort“ vom amerikanischen Science-Fiction-Autor Frederic Brown.
In Browns Geschichte ist Placet ein Planet in einer Achterbahn um zwei Sterne, von denen einer aus gewöhnlicher Materie, der andere aus Antimaterie besteht. Die Nähe der beiden Sterne führt dazu, dass Zeit und Raum wunderbar verzerrt werden, sodass Placet sich selbst in den Schatten stellen kann. Interessanterweise wird jedoch davon ausgegangen, dass die Umlaufbahn stabil und vorhersehbar ist.
In der epischen Trilogie „Erinnerung an die Vergangenheit der Erde“ des chinesischen Science-Fiction-Autors Liu Cixin geht es wieder darum, sich vorzustellen, was passieren könnte, wenn drei Himmelskörper einander umkreisen. Der erste Teil, „The Three-Body Problem“, wurde von Netflix als Serie adaptiert.
Die Eröffnungsszenen von „3 Body Problem“ spielen in Peking in den frühen Tagen des Kulturrevolution, sind besonders mächtig. Die Charaktere in der Serie sind fehlerhaft – die Wissenschaftler sind hochintelligent, aber ihre Ambitionen, Fehler und Ängste sind nur allzu klar.
Zufällige Bewegung
In der Handlung von „3 Body Problem“ geht es um eine außerirdische Rasse, die als Trisolarianer bekannt ist und einen Planeten bewohnt, der ein nahegelegenes Sternensystem umkreist, das als Alpha Centauri bekannt ist. Dieser besteht aus drei Sternen, die sich ständig ändernde Umlaufbahnen verfolgen, wodurch der Planet innerhalb weniger Minuten von bitterer Kälte in sengende Hitze übergeht.
Die Bewegung der Sterne ist unvorhersehbar, daher können die Trisolarier die Ankunft sogenannter chaotischer Zeitalter, die zur weltweiten Zerstörung ihrer Umwelt führen, nicht vorhersehen.
Interessanterweise ist Alpha Centauri tatsächlich so ein Drei-Sterne-System, bestehend aus zwei Sternen, die sich über einen Zeitraum von fast 80 Jahren eng umkreisen, und einem viel weiter entfernten dritten Stern. Dies unterscheidet sich stark von dem im „3-Körper-Problem“ dargestellten System.
Könnten wir uns also ein System vorstellen, in dem die Sterne auf ihren Umlaufbahnen so nahe beieinander liegen, dass ihre Bewegung zufällig wird?
Mögliche Umlaufbahnen
Die Antwort liegt im Kern der theoretischen Physik. Isaac Newton hat das Zwei-Körper-Problem bekanntermaßen gelöst für das Erde-Mond-System in den 1660er Jahren, sodass wir die Umlaufbahn des Mondes mit außerordentlicher Präzision vorhersagen können.
Es ist ein wenig überraschend, dass dies so gut funktioniert, da wir die Sonne ignorieren, was es zu einem Drei-Körper-Problem machen würde. Der Trick bei der Bewältigung dieses Problems (einer von vielen) besteht darin, dass wir eine Lösung finden, die für Erde-Mond funktioniert, und dann den Effekt der Sonne hinzufügen, der sich als gering herausstellt.
Wir haben seit Newton viel gelernt. Es gibt keine allgemeine Lösung für das Drei-Körper-Problem: Wir können keine Formel dafür aufstellen, wie sich drei Körper im Allgemeinen bewegen. Wir haben festgestellt eine ganze Reihe von Sonderfällen; sogar die Umlaufbahn in Form einer Acht des fiktiven Placet ist möglich.
Außerdem wurde das James-Webb-Teleskop geschickt platziert, um eine weitere Lösung für das Dreikörperproblem zu bieten. Es umkreist die Sonne, jenseits der Umlaufbahn des Mondes um die Erde, sodass es abgeschirmt werden kann vor Strahlung so weit wie möglich zu schützen.
Für einen Computer ist es kompliziert, aber unkompliziert, Lösungen für das Dreikörperproblem zu finden. Kosmologen nutzen Computeranalysen, um immer komplexere Modelle zu konstruieren, wie sich das Universum von einem fast völlig einheitlichen Anfang bis zu seinem gegenwärtigen Stadium entwickelt hat. Diese Modelle werden typischerweise mit mehr als 10 Milliarden Körpern betrieben.
Chaotische Systeme
Warum sollten wir uns also für etwas so Alltägliches wie drei Körper interessieren? Denn wenn wir ein System aus drei Objekten haben, die alle massiv und ziemlich nahe beieinander liegen, ist ihre Bewegung chaotisch. Das bedeutet, dass wir zwar über einen kurzen Zeitraum hinweg fast genau herausfinden können, was mit ihnen passiert, auf lange Sicht jedoch unvorhersehbar wird. Beachten Sie jedoch, dass ich Ihnen nicht erklärt habe, was lang und kurz in diesem Zusammenhang bedeutet.
Wir können ein Gefühl dafür bekommen, wenn wir uns das Wetter, ein anderes chaotisches System und insbesondere Hurrikane ansehen. Wir können zwölf Stunden im Voraus genau vorhersagen, wo ein Hurrikan auf Land treffen wird – zwei Tage im Voraus können wir eine grobe Vorhersage treffen, eine Woche im Voraus ist das jedoch unmöglich.
Während sich drei Körper im Orbit bewegen, tanzen sie auf außerordentlich komplexe Weise über den Himmel. Wir haben keine Möglichkeit zu erraten, wo sich die einzelnen Leichen in 1.000 Jahren befinden könnten. Sie sind möglicherweise gar nicht da: Es gibt Beispiele, bei denen einer der Stars in einem polyamoren Dreier völlig ausgeschieden wäre, ein Doppelsternsystem hinterlassen.
Unvorhersehbare Systeme
Bei „3 Body Problem“ besteht die Herausforderung darin, dass die Umlaufbahnen praktisch ohne Vorwarnung dazu führen, dass das Klima umkippt. Dies ist charakteristisch für eine andere Art von Situation, eine sogenannte Stochastisches Problem.
Ein klassisches Beispiel ist ein Betrunkener, der versucht, seinen Weg zur Tür zu finden, wobei jedem Schritt ein weiterer in eine zufällige Richtung folgt. Man kann nicht vorhersagen, wohin ihn der nächste Schritt führen wird, aber man kann sagen, dass er irgendwann die Tür erreichen wird. Es ist ein wenig beängstigend, dass solche Systeme das Herzstück unserer Zivilisation sind. wie die Schwankungen an der Börse zeigen. Aber Sterne – und das Klima, das sie erzeugen – sind nicht stochastisch.
Die fiktiven Alpha Centauri, in denen die Trisolarier leben, stellen ein chaotisches System dar, das kurzfristig genau vorhersehbar, aber über Jahrtausende hinweg unvorhersehbar ist. Aber es wäre für sie viel einfacher, es vorherzusagen, als in die Erde einzudringen. Wie bei vielen Science-Fiction-Filmen gilt: Genießen Sie sie wegen der Fiktion und nicht wegen der Wissenschaft.
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