Forskere fra Københavns Universitet løser kosmisk gåde omkring Three-Body Problem
-
Fotoet her er fra Netflix-serien 3 Body Problem - der nok har mere rod i fiktion end videnskab, i forhold til det faktiske videnskabelige problem
Forestil dig et stjernesystem, hvor tre sole kredser om hinanden i et uforudsigeligt og farligt spil med tyngdekraften. Det lyder som noget fra en science fiction-serie; og det er præcis, hvad millioner af Netflix-seere fulgte med i i forårets science-fiction seriesatsning 3 Body Problem. Men bag seriens fascinerende premis gemmer sig en virkelighedens videnskabelige gåde, som forskere i århundreder har forsøgt at forstå. Nu har forskere fra Københavns Universitet gjort et banebrydende gennembrud, der kaster lys over det, der længe har været betragtet som uløseligt.
Fra science fiction til virkelighedens kosmos
I Liu Cixins roman og Netflix-serien af samme navn er Three-Body-problemet en central del af handlingen. Det kaotiske system, hvor tre stjerner kredser om hinanden, skaber uforudsigelige situationer, der påvirker hele civilisationer. Men i virkelighedens verden har forskere kæmpet med det samme problem, siden Isaac Newton først begyndte at studere tyngdekraften.
Three-Body-problemet, som det kaldes, handler om, hvordan tre objekter i rummet - som stjerner eller sorte huller - påvirker hinandens tyngdefelter. Hvor to objekter danner en stabil og forudsigelig bane, bliver alt kaotisk, når det tredje objekt introduceres. Forskningen har indtil nu været præget af uforudsigelighed og kaos, men en ny opdagelse ændrer det billede.
Som et kæmpe mønstret tæppe vævet af trådene fra de indledende konfigurationer, danner millioner simulationer tilsammen et kort, der repræsenterer alle tænkelige udfald af tre tunge objekter som mødes. Det er her "øer" af orden kommer til syne. Billede: Alessandro Alberto Trani
Øer af orden midt i universets kaos
Alessandro Trani, forsker ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, har ved hjælp af millioner af simulationer opdaget, at der findes lommer af orden i det, der ellers er betragtet som et kaotisk system. Disse ”øer” af regelmæssighed afslører, at de tre objekter ikke altid udvikler sig uforudsigeligt - faktisk er deres bevægelser til tider overraskende forudsigelige.
"Vi har altid antaget, at når tre tunge objekter mødes, er resultatet ren kaos. Men vores simulationer viser, at der findes regelmæssige mønstre, hvor objekternes bevægelser kan forudsiges," forklarer Trani. "Dette åbner nye døre til at forstå universets mest komplekse interaktioner."
Tsunami af simulationer og gravitationsbølger
For at afdække disse mønstre udviklede forskerne et softwareprogram kaldet Tsunami, der simulerede millioner af interaktioner mellem tre objekter i rummet. Resultaterne viste farverige mønstre, hvor de tre objekter ikke opfører sig helt tilfældigt. I mange tilfælde bliver det objekt med lavest masse skubbet ud af systemet, mens de to andre fortsætter deres kredsløb i forudsigelige mønstre.
Den opdagelse er ikke bare en matematisk nørdet kuriositet - den kan få stor betydning for vores forståelse af tyngdebølger, som opstår, når tunge objekter som sorte huller mødes og kolliderer. Tranis opdagelse kan hjælpe forskere med at forudsige disse begivenheder og dermed få større indsigt i nogle af universets mest mystiske fænomener.
Når videnskab overgår fiktion
Selvom The Three-Body Problem præsenterer et fascinerende kaotisk univers, viser virkeligheden sig at være endnu mere kompleks - og måske endda mere forudsigelig, end vi hidtil har troet. Alessandro Tranis forskning bringer os tættere på at forstå det kosmiske spil, der har fascineret både forskere og science fiction-forfattere i århundreder.
Så mens Netflix-seerne dykker ned i science fiction-verdenens farer og mysterier, arbejder virkelighedens forskere på at løse gåder, der kan forme vores forståelse af universet - og Three-Body-problemet er blot begyndelsen.
Bonusinfo: 4 Body Problem
Alessandro Trani startede under pandemien et sideprojekt, der skulle undersøge fractal universer i Three Body Problemet. Det var her, han kom på ideen om at kortlægge udfald på udkig efter regelmæssigheder.
Det berømte problem kendte han fra sine studier, men fiktionsværkerne – den aktuelle Netflix-serie og romanen bag: “The Three-Body Problem” af Liu Cixin - har han ikke været igennem. Alligevel har han af nysgerrighed sat sig så meget ind i handlingen, at han kan konkludere, at der faktisk er tale om et ”Four-Body-Problem”.
”Der er, som jeg forstår det, tale om et stjernesystem med 3 stjerner og én planet, der jævnligt kastes ud i kaotiske udviklinger. Sådan et system er faktisk bedst defineret som et Four-Body-Problem. Uanset hvordan man definerer det, så er det mest sandsynlige udfald dog, ifølge mine simulationer, at planeten ret hurtigt ville gå til grunde i en af de tre stjerner. Og så det ville det jo ret hurtigt blive et Three-Body-Problem, ” ler forskeren.
Følgende forskere har bidraget til projektet:
Alessandro Alberto Trani
Niels Bohr International Academy ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet
Research Center for the Early Universe, University of Tokyo
Okinawa Institute of Science and Technology
Nathan W. C. Leigh
Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile
Department of Astrophysics, American Museum of Natural History, New York
Tjarda C. N. Boekholt
NASA Ames Research Center, USA
Simon Portegies Zwart
Leiden Observatory, Leiden University
