'3 Body Problem', Netflix' nieuwe grootschalige bewerking van de boekenreeks van Liu Cixin, onder leiding van de makers achter 'Game of Thrones', plaatst de wetenschap in science fiction.
De serie richt zich op wetenschappers die proberen een mysterie op te lossen dat tientallen jaren, continenten en zelfs sterrenstelsels omvat. Dat betekent dat “3 Body Problem” een aantal behoorlijk gecompliceerde kwantummechanica- en astrofysica-concepten naar het publiek gooit terwijl het, soms letterlijk, probeert deze ideeën met de grond gelijk te maken.
De kern van de serie is echter het drielichamenprobleem, een vraag die wetenschappers al eeuwenlang bezighoudt.
Wat is precies het drielichamenprobleem en waarom is het nog steeds onoplosbaar? Jonathan Blazek, assistent-professor natuurkunde aan de Northeastern University, legt uit dat systemen waarbij twee objecten zwaartekracht op elkaar uitoefenen, of het nu deeltjes of sterren en planeten zijn, voorspelbaar zijn. Wetenschappers zijn er sinds de tijd van Isaac Newton in geslaagd dit tweelichamenprobleem op te lossen en de banen van objecten te voorspellen. Maar zodra er een derde lichaam in de mix komt, raakt het hele systeem in chaos.
"Het drielichamenprobleem is de stelling dat als je drie lichamen hebt die naar elkaar toe trekken onder de zwaartekrachtwet van Newton, er geen algemene oplossing in gesloten vorm is voor die situatie", zegt Blazek. “Kleine verschillen worden groter en kunnen in de toekomst tot enorm onvoorspelbaar gedrag leiden.”
In '3 Body Problem', zoals in het boek van Cixin, is dit een realiteit voor buitenaardse wezens die in een zonnestelsel met drie zonnen leven. Omdat alle drie de sterren zwaartekracht op elkaar uitoefenen, veroorzaken ze uiteindelijk chaos in het zonnestelsel terwijl ze elkaar heen en weer slingeren. Voor de Trisolaranen, de naam voor deze buitenaardse wezens, betekent dit dat wanneer een zon ver weg wordt overboord gegooid, hun planeet bevriest, en wanneer een zon extreem dicht bij hun planeet wordt geworpen, deze in brand wordt gestoken. Erger nog, vanwege het drielichamenprobleem zijn deze bewegingen volkomen onvoorspelbaar.
Eeuwenlang hebben wetenschappers nagedacht over de vraag hoe ze een stabiel startpunt konden bepalen voor drie zwaartekrachtlichamen die zouden resulteren in voorspelbare banen. Er is nog steeds geen generaliseerbare oplossing die uit de theorie kan worden gehaald en in de werkelijkheid kan worden gemodelleerd, hoewel wetenschappers onlangs een aantal potentieel creatieve oplossingen zijn gaan vinden, onder meer met modellen die zijn gebaseerd op de bewegingen van dronken mensen.
“Als je wilt [voorspellen] wat het zonnestelsel gaat doen, kunnen we alle planeten en zoveel asteroïden als we weten in een computercode stoppen en in feite zeggen dat we de kracht tussen alles gaan berekenen en alles vooruit gaan. een klein beetje”, zegt Blazek. "Dit werkt, maar voor zover je enkele benaderingen maakt... zullen al deze dingen uiteindelijk mislukken en zal je voorspelling onnauwkeurig worden."
Blazek zegt dat het drielichamenprobleem de wetenschappelijke geest heeft geboeid omdat het een ogenschijnlijk eenvoudig probleem is. De meeste natuurkundestudenten op de middelbare school leren de zwaartekrachtwet van Newton en kunnen redelijkerwijs de beweging van twee lichamen berekenen en voorspellen.
Systemen met drie lichamen, en meer dan systemen met drie lichamen, komen ook overal in het universum voor, dus de vraag is ongelooflijk relevant. Zoek niet verder dan ons zonnestelsel.
De relatie tussen de zon, de aarde en onze maan is een systeem met drie lichamen. Maar Blazek zegt dat, omdat de zon een sterkere zwaartekracht op aarde uitoefent en de aarde hetzelfde doet op de maan, er een paar systemen met twee lichamen ontstaat met stabiele, voorspelbare banen – voorlopig.
Blazek zegt dat, hoewel ons zonnestelsel stabiel lijkt, er geen garantie is dat dit in de verre toekomst zo zal blijven, omdat er nog steeds systemen met meerdere lichamen in het spel zijn. Kleine veranderingen, zoals een asteroïde die een van de manen van Jupiter raakt en zijn baan een heel klein beetje verandert, kunnen uiteindelijk tot grotere veranderingen leiden.
Dat betekent niet dat de mensheid te maken zal krijgen met een crisis zoals die waarmee de Trisolaranen worden geconfronteerd in ‘3 Body Problem’. Deze veranderingen gebeuren extreem langzaam, maar Blazek zegt dat het opnieuw een herinnering is aan waarom deze concepten interessant en belangrijk zijn om over na te denken in zowel science als science fiction.
“Ik denk niet dat er iets gaat gebeuren op de tijdschaal van onze week, of zelfs waarschijnlijk van onze soort – we hebben grotere problemen dan de instabiliteit van de banen in ons zonnestelsel”, zegt Blazek. “Maar dat gezegd hebbende, als je over miljarden jaren nadenkt, weten we gedurende die periode niet dat de banen zullen blijven zoals ze nu zijn. De kans is groot dat er enige instabiliteit zal zijn die de manier waarop dingen er in het zonnestelsel uitzien verandert.”