«Проблема трех тел», новая высокобюджетная адаптация серии книг Лю Цысиня, созданная Netflix и созданная создателями «Игры престолов», объединяет науку в научной фантастике.
Сериал посвящен ученым, пытающимся разгадать тайну, охватывающую десятилетия, континенты и даже галактики. Это означает, что «Проблема трех тел» знакомит зрителей с довольно сложными концепциями квантовой механики и астрофизики, пытаясь, иногда буквально, спустить эти идеи на землю.
Однако в основе этой серии лежит проблема трёх тел — вопрос, который веками ставил учёных в тупик.
Что такое задача трёх тел и почему она до сих пор неразрешима? Джонатан Блазек, доцент кафедры физики Северо-Восточного университета, объясняет, что системы, в которых два объекта оказывают друг на друга гравитационное воздействие, будь то частицы или звезды и планеты, предсказуемы. Ученые смогли решить эту проблему двух тел и предсказать орбиты объектов еще со времен Исаака Ньютона. Но как только в смесь попадает третье тело, вся система погружается в хаос.
«Задача трех тел — это утверждение, что если у вас есть три тела, тяготеющие друг к другу в соответствии с законом тяготения Ньютона, для этой ситуации не существует общего решения в замкнутой форме», — говорит Блазек. «Небольшие различия усиливаются и могут привести к совершенно непредсказуемому поведению в будущем».
В «Проблеме трех тел», как и в книге Цысиня, это реальность для инопланетян, живущих в солнечной системе с тремя солнцами. Поскольку все три звезды оказывают друг на друга гравитационные силы, они в конечном итоге повергают Солнечную систему в хаос, швыряя друг друга взад и вперед. Для трисолярцев, названия этих инопланетян, это означает, что, когда солнце выбрасывается далеко, их планета замерзает, а когда солнце подбрасывается очень близко к их планете, оно сгорает. Хуже того, из-за проблемы трех тел эти движения совершенно непредсказуемы.
На протяжении веков ученые размышляли над вопросом, как определить стабильную отправную точку для трех гравитационных тел, которые привели бы к предсказуемым орбитам. До сих пор не существует обобщающего решения, которое можно было бы вынести из теории и смоделировать в реальности, хотя в последнее время ученые начали находить некоторые потенциально творческие решения, в том числе с помощью моделей, основанных на движениях пьяных людей.
«Если вы хотите [предсказать], что будет делать Солнечная система, мы можем поместить все планеты и столько астероидов, сколько мы знаем, в компьютерный код и, по сути, сказать, что мы собираемся вычислить силу между всем и двигаться вперед. немного», — говорит Блазек. «Это работает, но если вы делаете некоторые приближения… все эти вещи в конечном итоге сломаются, и ваш прогноз станет неточным».
Блазек говорит, что проблема трех тел захватила научные умы, потому что это, казалось бы, простая проблема. Большинство старшеклассников-физиков изучают закон гравитации Ньютона и могут разумно рассчитывать и предсказывать движение двух тел.
Системы трех тел и более чем системы трех тел также встречаются во Вселенной, поэтому этот вопрос невероятно актуален. Не смотрите дальше нашей солнечной системы.
Отношения между Солнцем, Землей и нашей Луной представляют собой систему трех тел. Но Блазек говорит, что, поскольку Солнце оказывает более сильное гравитационное воздействие на Землю, а Земля делает то же самое на Луну, оно создает пару систем двух тел со стабильными, предсказуемыми орбитами — на данный момент.
Блазек говорит, что, хотя наша Солнечная система кажется стабильной, нет никакой гарантии, что она останется такой и в далеком будущем, поскольку в ней все еще действуют системы нескольких тел. Небольшие изменения, такие как столкновение астероида с одним из спутников Юпитера и незначительное изменение его орбиты, могут в конечном итоге привести к более крупным изменениям.
Это не означает, что человечество столкнется с кризисом, подобным тому, с которым столкнулись трисолярцы в «Проблеме трех тел». Эти изменения происходят чрезвычайно медленно, но Блазек говорит, что это еще одно напоминание о том, почему эти концепции интересны и важны для размышления как в науке, так и в научной фантастике.
«Я не думаю, что что-то произойдет в масштабе нашей недели или даже, возможно, нашего вида — у нас есть более серьезные проблемы, чем нестабильность орбит в нашей солнечной системе», — говорит Блазек. «Но, тем не менее, если вы думаете о миллиардах лет, в течение этого периода мы не знаем, останутся ли орбиты такими, какие они есть сейчас. Есть большая вероятность, что возникнет некоторая нестабильность, которая изменит внешний вид Солнечной системы».