Domar el caos: los científicos se acercan un paso más a la solución del 'problema de los tres cuerpos'

Un enfoque fresco y abstracto para resolver el modelo estadístico del famoso problema de los tres cuerpos. Esta idea prometedora aborda el caos entre cuerpos en órbita conjunta al tratar el espacio como una región de ocho dimensiones.

Orden en el caos

Las tres leyes del movimiento de Isaac Newton pueden describir elegantemente la física básica de cómo interactúan las cosas en el universo. Estas ecuaciones se pueden usar para describir cómo la Tierra gira alrededor del sol o cómo la luna gira alrededor de la Tierra.

Sin embargo, cuando Newton intentó introducir un tercer objeto en un par de objetos en órbita, como la relación entre la Tierra, la Luna y el Sol, sus ecuaciones fallaron.

Inmediatamente, se produce una lucha de poder que arroja todo el sistema al caos. Por ejemplo, si imagina tres estrellas de tamaño similar en un curso de colisión, incluso si conoce sus velocidades y ubicaciones precisas, no hay forma de predecir exactamente cómo se desarrollará el destino de las estrellas. La tercera estrella podría girar furiosamente alrededor del centro de gravedad del otro par estelar, antes de escapar al espacio. O tal vez la estrella que es expulsada vuelve a caer hacia la pareja.

En cualquier caso, no hay forma de saberlo con certeza y esa es la única certeza que tenemos desde que Henry Poincar demostró matemáticamente en el siglo XIX que no existe una ecuación que pueda predecir con precisión las posiciones de todos los cuerpos en todos los momentos futuros. Esencialmente, Poincar demostró que una solución general al problema es esencialmente imposible debido a la dinámica caótica. Este enigma, conocido como el problema de los tres cuerpos, ha permanecido irresoluble hasta el día de hoy.

Pero eso no significa que hoy los científicos no sepan predecir, al menos hasta cierto punto y con cierto margen de error, cómo interactuarán tres cuerpos. En lugar de tratar de resolver el problema de los tres cuerpos por la fuerza, los científicos a lo largo de los años han desarrollado métodos que aproximan la probabilidad de ciertos resultados.

El esfuerzo más reciente es también el más espectacular. Barak Kol, físico de la Universidad Hebrea de Jerusalén, simplificó el marco probabilístico del problema de los tres cuerpos al renunciar al espacio 3D convencional. En cambio, el físico optó por un reino abstracto conocido como espacio de fase, donde cada punto representa una configuración posible de las tres estrellas (posición, velocidad, masa), lo que da como resultado un patio de recreo de ocho dimensiones.

En un sistema caótico como el problema de los tres cuerpos, nunca hay un solo resultado posible. Pero usando el marco de Kols, es posible explorar cada camino caótico calculando estadísticamente el volumen dentro del espacio de fase para cada movimiento caótico.

Anteriormente, el Dr. Nicholas Stone, también de la Universidad Hebrea de Jerusalén, publicó un estudio de 2019 en el que describieron una solución aproximada al problema de los tres cuerpos centrándose en el límite del espacio caótico donde el sistema de tres cuerpos hace la transición al movimiento de un sistema predecible de dos cuerpos, en otras palabras, justo cuando se expulsa el tercer cuerpo.

El marco de Kols es bastante diferente, involucrando agujeros en el sistema caótico. Mientras que Stone imaginó una región caótica como un globo, el enfoque de Kol involucra agujeros discretos como queso suizo. Estos agujeros representan regiones donde es más probable que el caos se encienda y apague.

Finalmente, Kol introduce el concepto de absortividad caótica, que describe las probabilidades de que un par estelar estable se sumerja en el caos si se introduce una tercera estrella.

El método descrito en el estudio, que apareció en Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, puede usarse para responder todo tipo de preguntas estadísticas. Por ejemplo, el marco se puede usar para evaluar cuándo un trío expulsará a un miembro o cuáles son las probabilidades de que este tercer miembro sea expulsado del sistema a ciertas velocidades.

En el universo es bastante común encontrar sistemas de tres miembros, como tríos de estrellas y agujeros negros. Si los científicos alguna vez quieren comprender completamente cómo se formaron estos sistemas o cómo continuarán evolucionando en el futuro, deben abordar el temido problema de los tres cuerpos. El marco de Kols, que aún requiere muchas pruebas, es muy prometedor hasta ahora. En simulaciones por computadora que realizaron millones de iteraciones, este enfoque abstracto clavó con precisión los resultados de los pronósticos simulados.

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