© Shutterstock

Problém tří těles -

Ve fyzice problém tří těles nastává, když se tři nebeské objekty (jako hvězdy nebo planety) navzájem obíhají a stávají se nepředvídatelnými. Zatímco jejich výchozí polohy lze zjistit, jejich budoucí pohyby se stávají nevyzpytatelným tancem sil, který se vymyká přesné matematické předpovědi.

© Shutterstock

Jednoduchost soustav dvou těles -

Na rozdíl od chaotické povahy soustav se třemi tělesy jsou soustavy se dvěma tělesy (například dvojhvězdy obíhající kolem sebe) uspořádané a předvídatelné. Jejich periodické oběžné dráhy vědcům umožňují vypočítat jejich přesné pohyby z minulosti i budoucnosti.

© Shutterstock

Chaos -

Zavedení třetího tělesa do gravitačního systému naruší křehkou rovnováhu. Místo stabilních, opakujících se oběžných drah vedou interakce k nepředvídatelným a složitým trajektoriím, které se podobají chaotickým drahám zamotaným v prostoru.

© Shutterstock

Špagety -

Na rozdíl od úhledných elips oběžných drah dvou těles, které se podobají téměř Vennovu diagramu, trajektorie tří těles vytvářejí podivné obrazce, které lze přirovnat k zamotaným špagetám. Takové systémy se vyznačují obrovskou složitostí a nestabilitou.

© Shutterstock

Staletí staré -

Problém tří těles má kořeny v knize „Matematické principy přírodní filozofie“ (Principia), kterou vydal Isaac Newton v roce 1687, aby vysvětlil univerzální gravitační zákony. Zatímco Newton přesně popsal interakce dvou těles, potýkal se se složitostí, kterou přináší třetí těleso.

© Getty Images

Studium gravitace -

V knize Newton také zaznamenal matematické vysvětlení pohybu planet po eliptických drahách okolo Slunce. Upozornil také na to, že gravitace Jupiteru má vliv na dráhu Saturnu.

© Shutterstock

Záhada Měsíce -

Newtonovy studie se rozrostly i na Měsíc a jeho nepravidelnou oběžnou dráhu, což mu způsobilo značné zklamání. Obtíže s předpovídáním jeho výkyvů slavně označil za doslova bolest hlavy.

© Shutterstock

Neúspěšné výpočty - Problém tří těles se však Newtonovi nikdy nepodařilo matematicky vyřešit a téměř 200 let po jeho zveřejnění tato problematika zůstala záhadou.

© Getty Images

Průkopnická teorie chaosu -

Roku 1889 si francouzský matematik a fyzik Henri Poincaré vysloužil uznání za svou průkopnickou esej o problému tří těles. Jeho práce vytvořila základy teorie chaosu, oboru fyziky, jenž se v průběhu desetiletí stal dominantním.

© Public Domain

Teorie chaosu -

Teorie chaosu ve své podstatě zkoumá, jak mohou malé nejistoty v počátečních podmínkách systému (například hmotnost nebo rychlost planety) způsobit, že se systém v budoucnu stane značně nepředvídatelným.

© Shutterstock

Vlnový efekt nejistoty -

Teorie chaosu odhaluje, že tyto drobné nepřesnosti se mohou v čase exponenciálně zvětšovat. Tato teorie se vztahuje na jakoukoli soustavu tří těles, neboť budoucí trajektorie nebo oběžné dráhy zůstanou za určitým bodem zásadně nepředvídatelné.

© Shutterstock

Analogie špatného odbočení -

Nepředvídatelnost soustav tří těles můžeme přirovnat ke špatnému odbočení při cestě z bodu A do bodu B. Jestliže člověk špatně odbočí blízko konce své cesty, je svému cíli blíže, než kdyby špatně odbočil na začátku.

© Shutterstock

Praktický význam -

Vyřešení problému tří těles by mohlo způsobit převrat v našem chápání pohybu hvězd a planet (včetně Země). To by vědcům umožnilo přesně zmapovat jejich dlouhodobé pohyby, což by mohlo mít zásadní důsledky pro budoucnost naší planety.

© Shutterstock

Důsledky pro klima -

Dokonce i malé změny dráhy Země by mohly mít drastický dopad na klima planety. Díky pochopení a předvídání těchto pohybů mohou vědci zjistit více informací o tom, čemu může lidstvo čelit.

© Shutterstock

Výjimky z neřešitelného problému -

I přes svou pověst neřešitelného problému má problém tří těles specifické výjimky. Při určitých scénářích, například když se tři tělesa pohybují po osmičkové dráze, mohou se objevit stabilní řešení, která jsou však závislá na velmi specifických podmínkách.

© Shutterstock

Omezené problémy tří těles -

Jedním ze způsobů, jak se vědci snaží najít řešení, jsou „omezené“ problémy se třemi tělesy, kde dominují dvě velká tělesa (například Slunce a Země) a menší objekt (například Měsíc) má minimální vliv. Díky tomuto přístupu se výpočty zjednodušují a odhalují se cenné poznatky.

© Shutterstock

Při interakci tří hvězd -

Soustavy tří těles, jako je ta, která se objevuje v seriálu „Problém tří těles“ společnosti Netflix, dodávají problému tří těles další složitost. Jejich intenzivní vzájemná gravitační přitažlivost vede k nepředvídatelnému orbitálnímu chaosu.

© Shutterstock

Role počítačů -

Moderní počítače jsou schopny simulovat soustavy tří těles s mnohem větší efektivitou než ruční výpočty. Avšak tyto simulace nejsou přesné, neboť poskytují pouze přibližné dráhy oběžných drah nebeských těles.

© Shutterstock

Průzkum vesmíru -

Vyřešení problému tří těles by mělo zásadní význam i pro cestování do vesmíru. Pomocí modelování interakcí mezi nebeskými tělesy a kosmickými loděmi mohou vědci určit potenciální trajektorie pro mise a vytvořit knihovny životaschopných cest vesmírem.

© Shutterstock

Příklady z reálného světa - Ve vesmíru existují soustavy tří těles, jako jsou trojhvězdy (např. Alfa Centauri) a dokonce i měsíce, které se nacházejí mezi gravitačními silami svých planet a Slunce.

© Shutterstock

Librační centrum (Lagrangeovy body) -

Problém tří těles zavedl koncept Libračního centra (Lagrangeových bodů), kde gravitační síly mezi třemi tělesy vytvářejí při jejich vzájemném pohybu ohniska stability. Teoreticky by do těchto bodů mohli vědci umístit satelity, aby mohli dále zkoumat oběžnou mechaniku.

© Shutterstock

Souvislost s problémem N těles -

Problém tří těles je vstupní branou k pochopení problému N těles, kde na sebe působí gravitačně více než tři objekty. Písmeno „N“ lze nahradit libovolným číslem a tyto systémy jsou pak ještě chaotičtější.

© Shutterstock

Testy obecné relativity -

Problém tří těles byl rovněž využit k testování Einsteinovy obecné teorie relativity, která je zpřesněním Newtonových univerzálních gravitačních zákonů. Prostřednictvím pozorování soustav v trojhvězdném uspořádání mohou vědci studovat gravitační účinky v intenzivních podmínkách.

© Getty Images

Černé díry - Vědci rovněž předložili teorii, že problém tří těles by se mohl rozšířit i na extrémnější nebeská tělesa, jako jsou černé díry. Kdyby kolem sebe obíhaly tři černé díry s podobnou hmotností, gravitační účinky by mohly být devastující.

© Shutterstock

Vznik planet -

Chaotická povaha soustav tří těles by hypoteticky mohla napovědět, jak vznikají planety. Při vývoji raných slunečních soustav se interakce v oblacích plynu a prachu často podobají problémům tří těles, jež ovlivňují, která tělesa přežijí nebo budou vyhozena.

© Shutterstock

Literární a umělecká díla -

Problém tří těles inspiroval kromě vědy i nespočet literárních a uměleckých interpretací. Jeho témata chaosu, nejistoty a nebeské krásy rezonují s tvůrci, což lze doložit například romány jako „Problém tří těles“ (2006) od Liou Cch'-sina, jenž byl adaptován do seriálu společnosti Netflix.

© Shutterstock

Příslib budoucích průlomů -

I když problém tří těles zůstává nevyřešen, pokroky ve výpočetní technice a matematické teorii nás stále posouvají blíže k pochopení jeho složitostí. S každým objevem se odhalují nové možnosti vědy a bádání.

Obrázek: NASA/JPL-Caltech

© Public Domain

Důkaz lidské zvědavosti -

Problém tří těles je ukázkou neutuchající lidské touhy po poznání. I přes své obtíže přežívá snaha vyřešit tuto záhadu díky zvědavosti světa a odhodlání odhalit tajemství vesmíru.

Zdroje: (Business Insider) (Live Science) (Britannica)

© Shutterstock