Die erfolgreiche Science-Fiction-Serie „3 Body Problem“ von Netflix basiert auf einem echten mathematischen Problem, das so komplex ist, dass es unmöglich ist, es zu lösen

• Das Dreikörperproblem ist eine jahrhundertealte physikalische Frage, die Isaac Newton vor ein Rätsel stellte.
• Es beschreibt die Umlaufbahnen von drei Körpern wie Planeten oder Sternen, die in der Schwerkraft des jeweils anderen gefangen sind.
• Das Problem ist unlösbar und führte zur Entwicklung der Chaostheorie.

Während es sich bei „3 Body Problem“ von Netflix um eine Science-Fiction-Serie handelt, geht der Name auf ein echtes mathematisches Problem zurück, das Wissenschaftler seit dem späten 17. Jahrhundert vor Rätsel stellte.

In der Physik bezieht sich das Drei-Körper-Problem auf die Bewegung von drei Körpern, die im gegenseitigen Gravitationsgriff gefangen sind – wie ein Drei-Sterne-System.

Es hört sich vielleicht einfach an, aber sobald man sich mit der Mathematik beschäftigt, werden die Umlaufbahnen jedes Objekts sehr schnell kompliziert.

Zweikörper- vs. Drei- und Mehrkörpersysteme

Eine einfachere Version ist ein Zweikörpersystem wie Doppelsterne. Zweikörpersysteme haben periodische Umlaufbahnen, was bedeutet, dass sie mathematisch vorhersehbar sind, weil sie immer wieder derselben Flugbahn folgen. Wenn Sie also die Anfangspositionen und -geschwindigkeiten der Sterne kennen, können Sie berechnen, wo sie sich weit in der Vergangenheit und Zukunft im Weltraum befanden oder befinden werden.

Allerdings „führt das Einwerfen eines dritten Körpers, der nah genug ist, um zu interagieren, zu Chaos“, sagte Shane Ross, Professor für Luft- und Raumfahrt- und Meerestechnik an der Virginia Tech, gegenüber Business Insider. Tatsächlich ist es nahezu unmöglich, die Umlaufbahnen eines Systems mit drei oder mehr Körpern genau vorherzusagen.

Während zwei umlaufende Planeten wie ein Venendiagramm mit überlappenden ovalen Bahnen aussehen könnten, interagieren die Bahnen dreier Körper häufig ähneln verworrene Spaghetti. Ihre Flugbahnen sind normalerweise nicht so stabil wie Systeme mit nur zwei Körpern.

All diese Unsicherheit mache das sogenannte Drei-Körper-Problem weitgehend unlösbar, sagte Ross. Es gibt jedoch bestimmte Ausnahmen.

Das Dreikörperproblem ist über 300 Jahre alt

Das Dreikörperproblem geht auf Isaac Newton zurück, der 1687 seine „Principia“ veröffentlichte.

In dem Buch stellte der Mathematiker fest, dass sich die Planeten auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen. Doch die Anziehungskraft des Jupiter schien die Umlaufbahn des Saturn zu beeinflussen.

Das Dreikörperproblem betraf nicht nur entfernte Planeten. Der Versuch, die Variationen in den Bewegungen des Mondes zu verstehen, verursachte Newton im wahrsten Sinne des Wortes Kopfschmerzen, beklagte er.

Aber Newton hat das Drei-Körper-Problem nie vollständig verstanden. Und es blieb fast 200 Jahre lang ein mathematisches Rätsel.

1889 eine schwedische Zeitschrift ausgezeichnet Mathematiker Henri Poincaré eine Goldmedaille und 2.500 schwedische Kronen, etwa ein halbes Jahresgehalt für einen Professor damals für seinen Aufsatz über das Dreikörperproblem, der die Grundlage für eine völlig neue mathematische Theorie namens „ Chaostheorie.

Der Chaostheorie zufolge breitet sich die Unsicherheit aus, wenn Unsicherheit über die Anfangsbedingungen eines Systems besteht, etwa die Masse oder Geschwindigkeit eines Objekts, und macht die Zukunft immer unvorhersehbarer.

Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie auf einer Reise falsch abbiegen. Wenn Sie am Ende Ihrer Reise links statt rechts abbiegen, sind Sie Ihrem Ziel wahrscheinlich näher, als wenn Sie den Fehler gleich zu Beginn gemacht hätten.

Können Sie das Dreikörperproblem lösen?

Die Lösung des Drei-Körper-Problems würde Wissenschaftlern helfen, die Bewegungen von Meteoren und Planeten, einschließlich der Erde, bis in die äußerst ferne Zukunft zu kartieren. Selbst vergleichsweise kleine Bewegungen unseres Planeten könnten große Auswirkungen auf unser Klima haben, sagte Ross.

Obwohl das Dreikörperproblem als mathematisch unlösbar gilt, gibt es welche Lösungen auf bestimmte Szenarien. Tatsächlich gibt es einige, die Mathematiker gefunden haben.

Beispielsweise könnten drei Körper stabil in Form einer Acht oder im gleichen Abstand um einen Ring kreisen. Abhängig von den Ausgangspositionen und Geschwindigkeiten der Körper ist beides möglich.

Forscher suchen unter anderem nach Lösungen:eingeschränkt„Drei-Körper-Probleme, bei denen zwei Hauptkörper (wie die Sonne und die Erde) interagieren und ein drittes Objekt mit viel geringerer Masse (wie der Mond) weniger gravitative Interferenzen bietet. In diesem Fall ähnelt das Drei-Körper-Problem stark einem Zweikörperproblem, da Sonne und Erde den Großteil der Masse im System ausmachen.

Wenn man jedoch ein Drei-Sterne-System wie das in der Netflix-Serie „3 Body Problem“ betrachtet, ist das viel komplizierter.

Computer können Simulationen auch weitaus effizienter durchführen als Menschen, obwohl die Ergebnisse aufgrund der inhärenten Unsicherheiten typischerweise sind ungefähr Umlaufbahnen statt exakt.

Auch für die Raumfahrt sei es wichtig, Lösungen für Dreikörperprobleme zu finden, sagte Ross. Für seine Arbeit gibt er Daten über die Erde, den Mond und die Raumsonde in einen Computer ein. „Wir können eine ganze Bibliothek möglicher Flugbahnen aufbauen“, sagte er, „und das gibt uns eine Vorstellung davon, welche Bewegungsarten möglich sind.“

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