Die Planetenumlaufbahn in Netflix‘ „3-Körper-Problem“ ist zufällig und chaotisch, aber könnte sie existieren?

Das Drei-Körper-Problem begegnete mir zum ersten Mal vor 60 Jahren in einer Kurzgeschichte mit dem Titel „Placet is a Crazy Place“ des amerikanischen Science-Fiction-Autors Frederic Brown.

In Browns Geschichte ist Placet ein Planet in einer Achterbahn um zwei Sterne, von denen einer aus gewöhnlicher Materie, der andere aus Antimaterie besteht. Die Nähe der beiden Sterne führt zu einer wunderbaren Verzerrung von Zeit und Raum, die es Placet ermöglicht, sich zu entfernen. Aber seltsamerweise soll die Umlaufbahn stabil und vorhersehbar sein.

In der epischen Trilogie „Erinnerung an die Vergangenheit der Erde“ des chinesischen Science-Fiction-Autors Liu Cixin geht es darum, sich vorzustellen, was passieren könnte, wenn drei Himmelskörper einander umkreisen. Der erste Teil, „The Three-Body Problem“, wurde von Netflix in eine Serie adaptiert.

Besonders eindringlich sind die Eröffnungsszenen von „The 3-Body Problem“, das in Peking zu Beginn der Kulturrevolution spielt. Die Charaktere in der Serie sind fehlerhaft: Die Wissenschaftler sind sehr intelligent, aber ihre Ambitionen, Misserfolge und Ängste sind nur allzu klar.

Zufällige Bewegung

In der Handlung von „3 Body Problem“ geht es um eine außerirdische Rasse, die als Trisolarianer bekannt ist und einen Planeten bewohnt, der ein nahegelegenes Sternensystem umkreist, das als Alpha Centauri bekannt ist. Dabei handelt es sich um drei Sterne, die sich ständig ändernden Umlaufbahnen folgen und dazu führen, dass der Planet innerhalb weniger Minuten von eiskalter Kälte zu glühender Hitze wechselt.

Die Bewegung der Sterne ist unvorhersehbar, daher können Trisolare die Ankunft sogenannter chaotischer Zeitalter nicht vorhersehen, die zur Zerstörung ihrer Umwelt auf planetarischer Ebene führen.

Interessanterweise ist Alpha Centauri eigentlich ein Drei-Sterne-System, bestehend aus zwei Sternen, die sich über einen Zeitraum von fast 80 Jahren eng umkreisen, und einem dritten Stern, der viel weiter entfernt ist. Dies unterscheidet sich stark von dem im „3-Körper-Problem“ dargestellten System.

Können wir uns dann ein System vorstellen, in dem die Sterne auf ihren Umlaufbahnen so nahe beieinander liegen, dass ihre Bewegung zufällig wird?

Mögliche Umlaufbahnen

Die Antwort liegt im Kern der theoretischen Physik. Isaac Newton löste in den 1660er Jahren das Zweikörperproblem des Erde-Mond-Systems und ermöglichte es uns, die Umlaufbahn des Mondes mit außerordentlicher Genauigkeit vorherzusagen.

Es ist ein wenig überraschend, dass das so gut funktioniert, da wir die Sonne ignorieren, was es zu einem Drei-Körper-Problem machen würde. Der Trick, damit umzugehen (einer von vielen), besteht darin, dass wir eine Lösung finden, die für Erde-Mond funktioniert, und dann den Effekt der Sonne hinzufügen, der sich als schwach herausstellt.

Wir haben seit Newton viel gelernt. Es gibt keine allgemeine Lösung für das Drei-Körper-Problem: Wir können keine Formel schreiben, die beschreibt, wie sich drei Körper im Allgemeinen bewegen. Wir haben eine ganze Reihe von Sonderfällen gefunden; sogar die Achterbahn des fiktiven Placet ist möglich.

Darüber hinaus wurde das James-Webb-Teleskop geschickt positioniert, um eine weitere Lösung für das Dreikörperproblem zu bieten. Es umkreist die Sonne, jenseits der Umlaufbahn der Erde um den Mond, so dass es möglichst weitgehend von der Strahlung abgeschirmt werden kann.

Für einen Computer ist es kompliziert, aber einfach, Lösungen für das Dreikörperproblem zu finden. Kosmologen haben Computeranalysen genutzt, um immer komplexere Modelle darüber zu erstellen, wie sich das Universum von einem fast völlig einheitlichen Anfang bis zu seinem gegenwärtigen Stadium entwickelt hat. Diese Modelle funktionieren typischerweise mit mehr als 10 Milliarden Körpern.

Chaotische Systeme

Warum sollten wir uns also um etwas so Alltägliches wie drei Körper kümmern? Denn wenn wir ein System aus drei Objekten haben, die alle massiv und ziemlich nahe beieinander liegen, ist ihre Bewegung chaotisch. Das bedeutet, dass wir zwar in kurzer Zeit fast genau wissen können, was mit ihnen passiert, es aber auf lange Sicht unvorhersehbar wird. Beachten Sie jedoch, dass ich Ihnen nicht erklärt habe, was lang und kurz in diesem Zusammenhang bedeuten.

Wir können uns eine Vorstellung davon machen, wenn wir uns das Wetter, ein anderes chaotisches System und insbesondere Hurrikane ansehen. Wir können 12 Stunden im Voraus genau vorhersagen, wo ein Hurrikan landen wird; Zwei Tage im Voraus können wir eine grobe Prognose erstellen, eine Woche im Voraus ist dies jedoch unmöglich.

Während sich drei umlaufende Körper bewegen, tanzen sie auf außerordentlich komplexe Weise über den Himmel. Wir haben keine Möglichkeit zu erraten, wo sich die einzelnen Körper in 1.000 Jahren befinden könnten. Möglicherweise existieren sie gar nicht: Es gibt Beispiele, bei denen einer der Stars aus einem polyamoren Dreier komplett rausgeschmissen wird und ein Doppelsternsystem zurückbleibt.

Unvorhersehbare Systeme

In „3 Body Problem“ besteht die Herausforderung darin, dass die Umlaufbahnen ohne Vorwarnung einen Klimawandel verursachen. Dies ist charakteristisch für eine andere Art von Situation, das sogenannte stochastische Problem.

Ein klassisches Beispiel ist ein Betrunkener, der versucht, zur Tür zu gelangen, wobei jedem Schritt ein weiterer in eine zufällige Richtung folgt. Man kann nicht vorhersagen, wohin ihn der nächste Schritt führen wird, aber man kann sagen, dass er irgendwann die Tür erreichen wird. Es ist ein wenig beängstigend, dass solche Systeme das Herzstück unserer Zivilisation sind, wie die Turbulenzen an den Aktienmärkten zeigen. Aber Sterne – und das Klima, das sie erzeugen – sind nicht stochastisch.

Das fiktive Alpha Centauri, das von den Trisolariern bewohnt wird, stellt ein chaotisches System dar, das kurzfristig genau vorhersehbar, aber über Jahrtausende hinweg unvorhersehbar ist. Aber es wäre für sie viel einfacher, es vorherzusagen, als in die Erde einzudringen. Wie bei vielen Science-Fiction-Romanen gilt: Genießen Sie sie wegen der Fiktion, nicht wegen der Wissenschaft.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.