Investigadores israelíes aseguran haber encontrado la solución al ancestral problema de los tres cuerpos: tres astros sometidos a atracción gravitacional mutua se comportarían como la caminata de un borracho, nunca sabe dónde está y avanza en cualquier dirección impredecible.
El problema de los tres cuerpos lo ha conocido la mayoría de la gente por el best-seller del mismo nombre del escritor chino Liu Cixin, publicado por primera vez en 2006.
Como parte de la trama, en la novela se describe un planeta llamado Trisolaris que gira alrededor de tres soles al mismo tiempo. Debido a su órbita irregular alrededor de las tres estrellas, Trisolaris sufre continuas catástrofes climáticas y geológicas imposibles de predecir.
Liu Cixin basa su relato en un problema físico real, sobre el que nuestra humanidad lleva debatiendo desde que Newton descubrió en 1687 algo sorprendente.
Mientras que es perfectamente posible conocer con precisión el movimiento de dos cuerpos celestes masivos muy próximos entre sí, esa certeza se diluye si añadimos un tercer cuerpo celeste a la ecuación: resulta difícil o imposible encontrar fórmulas explícitas para sus órbitas.
Órbitas impredecibles
En ese supuesto, que es el de la famosa novela, no es posible determinar las órbitas simultáneas de los tres cuerpos sometidos a atracción gravitacional mutua. Por eso la civilización de Trisolaris está siempre amenazada.
Después de Newton ha habido varios intentos de resolver el problema de los tres cuerpos, sin que se haya alcanzado una solución satisfactoria.
El hito más importante en esta trayectoria lo consiguió el matemático y físico Henri Poincaré (1854-1912), cuando fue premiado por el rey Oscar II de Suecia por haber resuelto el problema de los tres cuerpos.
Sin embargo, Poincaré descubrió poco después errores de cálculo en sus ecuaciones, que invalidaban la anunciada solución al problema. En consecuencia, concluyó que existe un comportamiento caótico en las órbitas de tres cuerpos masivos próximos entre sí.
Solución determinista
La ciencia ha asumido desde entonces que no existe una solución determinista al problema de los tres cuerpos y que, por lo tanto, no se podría saber qué pasaría con la Tierra y la Luna si un tercer cuerpo celeste interactuara con ellos. Estaríamos en una situación parecida a la de Trisolaris.
A lo largo de los años, se han propuesto diferentes soluciones que han utilizado diferentes métodos para llegar a un cálculo lo más preciso posible de esta probabilidad.
Las simulaciones informáticas realizadas hasta ahora sobre sistemas orbitales con tres cuerpos muestran que evolucionan en un proceso de dos fases: en la primera fase, caótica, los tres cuerpos están muy próximos y ejercen fuerzas gravitacionales igualmente intensas entre sí, que cambian continuamente debido al movimiento relativo de los tres cuerpos.
Finalmente, un cuerpo celeste es expulsado del sistema y los dos restantes permanecen orbitando entre sí en una trayectoria elíptica y determinista. Si el tercer cuerpo está en una órbita vinculada a esos dos cuerpos, eventualmente regresa hacia ellos, después de lo cual vuelve a ocurrir la primera fase. Esta danza termina cuando, en la segunda fase, uno de los cuerpos escapa hacia una órbita independiente y se aleja para no volver jamás.
Solución a la vista
La situación a esta incertidumbre tal vez podría estar cambiando, si es que no estamos ante otro espejismo como el que padeció Poincaré: dos científicos del Instituto de Tecnología de Israel en Haifa, aseguran haber encontrado por fin una solución estadística al problema de los tres cuerpos, según informa el periódico Haaretz.
Lo que han hecho los investigadores israelíes es utilizar la aleatoriedad planteada por las simulaciones informáticas previas para proporcionar una solución estadística a todo el proceso de las dos fases descritas.
Se han basado en una teoría propuesta por el físico estadounidense Leonard Mlodinow y conocida como "caminata del borracho": describe procesos matemáticos en los que una o más variables cambian de valor en una serie de pasos aleatorios.
Esta teoría describe el comportamiento caótico de estos procesos de la misma forma en la que camina un borracho, que nunca sabe dónde está y avanza en cualquier dirección impredecible.
Caminata del borracho
Según los científicos israelíes, el sistema de tres cuerpos celestes se comportaría de la misma manera: después de cada encuentro cercano, una de las estrellas es expulsada al azar, aunque los tres cuerpos conservarían su energía.
Los científicos de Haifa añaden que la serie de encuentros cercanos que mantienen los tres cuerpos celestes sigue la dinámica de la caminata del borracho propuesta por Mlodinow.
Solo hay que imaginar la trayectoria de una persona ebria cuando sale del bar camino de su casa acompañado de su compañero de fatigas. Avanzan abrazados sin saber muy bien hacia dónde van.
Entonces se encuentran con otra persona ebria que se les acerca, los tres interactúan una y otra vez a lo largo del trayecto hasta que uno de ellos se aleja definitivamente y sigue un camino en solitario: nunca se reencuentra con los dos amigos borrachos.
Solución final, pero…
Los autores de esta investigación, cuyos resultados se publican en la revista Physical Review, consideran que esta es la solución final al problema centenario de los tres cuerpos.
Esta solución, como la que plantean los modelos matemáticos, no deja de ser paradójica: viene a decir que el problema de los tres cuerpos se soluciona cuando uno de los cuerpos se aleja. Eso significa que el problema no se soluciona, sino que sencillamente desaparece.
Los investigadores de Haifa reconocen que su planteamiento no representa una solución completa, porque es imposible, pero que estadísticamente el esquema está completo.
De ser cierto, este descubrimiento podría ser tremendamente útil no solo para una mejor comprensión de los sistemas gravitacionales, sino también para arrojar luz sobre muchos problemas fundamentales de la física, como la meteorología o el clima.
Referencia
Analytical, Statistical Approximate Solution of Dissipative and Nondissipative Binary-Single Stellar Encounters. Yonadav Barry Ginat and Hagai B. Perets. Phys. Rev. Vol. 11, Iss. 3 — July - September 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.031020
