J’ai rencontré pour la première fois le problème des trois corps il y a 60 ans, dans une nouvelle intitulée « Placet est un endroit fou » par l’écrivain américain de science-fiction Frédéric Brown.
Dans l’histoire de Brown, Placet est une planète en orbite en forme de huit autour de deux étoiles, dont l’une est composée de matière ordinaire, l’autre d’antimatière. La proximité des deux étoiles provoque une merveilleuse distorsion du temps et de l’espace, permettant à Placet de s’éclipser. Mais curieusement, l’orbite est supposée stable et prévisible.
La trilogie épique de l’écrivain chinois de science-fiction Liu Cixin, « Rememberance of Earth’s Past », revient à imaginer ce qui pourrait arriver lorsque trois corps célestes sont en orbite l’un autour de l’autre. Le premier volet, « Le problème à trois corps », a été adapté en série par Netflix.
Les scènes d’ouverture de « 3 Body Problem », qui se déroule à Pékin au début de la Révolution culturelle, sont particulièrement puissants. Les personnages de la série sont imparfaits : les scientifiques sont très intelligents, mais leurs ambitions, leurs échecs et leurs craintes ne sont que trop clairs.
Mouvement aléatoire
L’intrigue de « 3 Body Problem » implique une race extraterrestre, connue sous le nom de Trisolaires, habitant une planète en orbite autour d’un système stellaire proche, connue sous le nom d’Alpha Centauri. Il s’agit de trois étoiles qui suivent des orbites en constante évolution, faisant passer la planète d’un froid glacial à une chaleur torride en quelques minutes.
Le mouvement des étoiles est imprévisible, de sorte que les Trisolaires ne peuvent pas anticiper l’arrivée des ères dites chaotiques qui conduisent à la destruction de leur environnement à l’échelle planétaire.
Curieusement, Alpha Centauri est en réalité un système triple étoile, composé de deux étoiles en orbite rapprochée sur une période de près de 80 ans, et d’une troisième étoile beaucoup plus éloignée. Ceci est très différent du système représenté dans le « Problème des 3 corps ».
Pouvons-nous alors imaginer un système dans lequel les étoiles seraient si proches les unes des autres sur leurs orbites que leur mouvement deviendrait aléatoire ?
Orbites possibles
La réponse se trouve au cœur de la physique théorique. Isaac Newton a résolu le problème des deux corps pour le système Terre-Lune dans les années 1660, nous pouvons donc prédire l’orbite de la Lune avec une précision extraordinaire.
Il est un peu surprenant que cela fonctionne si bien, car nous ignorons le soleil, ce qui en ferait un problème à trois corps. L’astuce pour gérer cela (une parmi tant d’autres) est que nous pouvons trouver une solution qui fonctionne pour la Terre-Lune, puis ajouter l’effet du soleil, qui s’avère faible.
Nous avons beaucoup appris depuis Newton. Il n’existe pas de solution générale au problème des trois corps : nous ne pouvons pas écrire une formule décrivant la manière dont trois corps se déplaceront en général. Nous avons trouvé toute une série de cas particuliers; même l’orbite en huit du Placet fictif est possible.
De plus, le télescope James Webb a été ingénieusement placé pour fournir une autre solution au problème des trois corps. Il orbite autour du Soleil, au-delà de l’orbite terrestre de la Lune, afin de pouvoir être protégé. autant que possible des radiations.
Il est compliqué mais simple pour un ordinateur de trouver des solutions au problème des trois corps. Les cosmologues ont utilisé l’analyse informatique pour construire des modèles de plus en plus complexes de la façon dont l’univers a évolué depuis un début presque totalement uniforme jusqu’à son stade actuel. Ces modèles fonctionne généralement avec plus de 10 milliards de corps.
Systèmes chaotiques
Alors pourquoi devrions-nous nous intéresser à quelque chose d’aussi banal que trois corps ? Car si l’on dispose d’un système de trois objets, tous massifs et assez proches, leur mouvement est chaotique. Cela signifie que même si nous pouvons savoir presque exactement ce qui leur arrive sur une courte période, cela devient imprévisible à long terme. Mais notez que je ne vous ai pas dit ce que signifient long et court dans ce contexte.
Nous pouvons nous en faire une idée si nous regardons la météo, un autre système chaotique, et plus particulièrement les ouragans. Nous pouvons prédire avec précision où un ouragan touchera terre 12 heures à l’avance ; deux jours à l’avance, nous pouvons faire une prévision approximative, mais une semaine à l’avance est impossible.
Alors que trois corps en orbite se déplacent, ils dansent dans le ciel d’une manière extraordinairement complexe. Nous n’avons aucun moyen de deviner où chacun des corps pourrait se trouver dans 1 000 ans. Ils ne sont peut-être même pas là : il existe des exemples où l’une des stars d’un trio polyamoureux serait totalement éjectée, laissant derrière lui un système à double étoile.
Des systèmes imprévisibles
Dans « 3 Body Problem », le défi est que les orbites provoquent un changement climatique sans avertissement. Ceci est caractéristique d’un autre type de situation, ce qu’on appelle problème stochastique.
Un exemple classique est celui d’un ivrogne essayant de se frayer un chemin jusqu’à la porte, lorsque chaque pas est suivi d’un autre dans une direction aléatoire. Vous ne pouvez pas prédire où la prochaine étape le mènera, mais vous pouvez dire qu’il finira par atteindre la porte. C’est un peu effrayant que de tels systèmes soient au cœur de notre civilisation, comme le démontrent les girations du marché boursier. Mais les étoiles – et le climat qu’elles produisent – ne sont pas stochastiques.
L’Alpha Centauri fictif qu’habitent les Trisolariens représente un système chaotique, prévisible avec précision à court terme mais imprévisible sur des milliers d’années. Mais il leur serait bien plus simple de le prédire que d’envahir la Terre. Comme pour beaucoup de science-fiction, profitez-en pour la fiction et non pour la science.
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