El problema de los tres cuerpos es uno de los más populares en el campo de la astronomía, en parte por haber inspirado una de las más importantes sagas de ciencia ficción de los últimos años. Este problema lleva siglos intrigando a físicos de todo el mundo y, si bien podría no tener solución, ahora un equipo ha encontrado una importante nueva pista.
Islas de estabilidad. Un equipo de físicos ha logrado desvelar la existencia de unas “islas de regularidad” en la forma en la que interactúan gravitacionalmente grupos de tres objetos astronómicos.
El problema de los tres cuerpos. Pongámonos en contexto: el problema de los tres cuerpos se refiere a la dificultad que plantea el cálculo de los movimientos orbitales de tres objetos que orbitan entre sí. El descubrimiento de la gravedad y de la matemática subyacente nos permitió hace tres siglos describir matemáticamente el movimiento de dos objetos en función de su interacción gravitatoria.
Estos movimientos son sencillos y permiten interacciones regulares como las de las órbitas de los planetas alrededor de una estrella. Gracias a ello podemos, por ejemplo, calcular con gran precisión cuándo nos visitará un cometa, o cuál será la distancia entre la Tierra y el Sol dentro de cuatro años y medio.
El problema es que, cuando un tercer cuerpo entra en juego. Este simple añadido puede desbaratar cualquier esperanza de calcular estas interacciones a largo plazo. El motivo es que el sistema se vuelve caótico, es decir, un sistema donde pequeñas variaciones en las condiciones iniciales llevan a grandes diferencias en los resultados, como ocurre por ejemplo con los dobles péndulos.
De la estadística a las simulaciones. Cuando hay tres objetos interactuando gravitacionalmente entre sí es raro que se alcance un equilibrio estable entre estos cuerpos, sino que lo habitual es que alguno (o varios) de los objetos salga disparado fuera del sistema. Los físicos suelen recurrir a la estadística para ahorrarse costosos cálculos deterministas a la hora de saber si un sistema acabaría expulsando a uno de sus elementos para “resolver” el problema de los tres cuerpos… eliminando uno de ellos.
Uno de estos grupos se encontró un problema: al comparar modelos estadísticos y simulaciones por ordenador observaron variaciones importantes en los resultados. En estos experimentos, el equipo partía de un sistema binario, de dos cuerpos orbitando entre sí. Los modelos simulaban el acercamiento de un tercer objeto desde algún punto aleatorio en el espacio y calculaban el devenir del sistema en el tiempo hasta que uno de los objetos se escapaba del sistema.
Trayectorias regulares. Encontraron así una serie de “trayectorias regulares”, es decir, trayectorias de estos objetos que no eran caóticas. La regularidad de estas trayectorias no implicaba equilibrios estables, sino trayectorias no caóticas, más fáciles de predecir que, en este caso, llevan a la expulsión de uno de los objetos de forma más rápida y directa.
Si creamos un gráfico en función de las condiciones iniciales del sistema, encontraremos grupos de condiciones similares que llevan a resultados similares. Estas serían las llamadas “islas de regularidad”. Los detalles del trabajo fueron publicados en un artículo en la revista Astronomy & Astrophysics.
Avance y retroceso. El resultado es un avance en el sentido en el que nos permite saber más de este engorroso problema. A la par, se trata de un retroceso: resulta que adentrarnos en el caos de este problema es aún más difícil de lo que creíamos.
El motivo, explica el equipo responsable, es que la coexistencia entre lo caótico y lo predecible resulta aún más compleja que la dominancia de lo caótico. Los cálculos se vuelven así aún más complejos.
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Imagen | Alessandro Alberto Trani
