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Qu’est-ce que le problème des trois corps et est-il vraiment insoluble ?

Le problème des trois corps est une énigme physique qui déconcerte les scientifiques depuis l’époque d’Isaac Newton. Mais qu’est-ce que c’est, pourquoi est-il si difficile à résoudre et la série de science-fiction du même nom est-elle vraiment possible ?

Un lancement de fusée. Notre plus proche voisin stellaire. Une émission de Netflix. Toutes ces choses ont un point commun : elles doivent faire face au « problème des trois corps ». Mais qu’est-ce au juste que cette épineuse énigme physique ?

Le problème des trois corps décrit un système contenant trois corps qui exercent des forces gravitationnelles les uns sur les autres. Bien qu’il puisse paraître simple, il s’agit d’un problème notoirement délicat et « le premier vrai souci de Newton », a déclaré à Live Science Billy Quarles, dynamique planétaire à l’université d’État de Valdosta, en Géorgie.

Dans un système composé de deux corps seulement, comme une planète et une étoile, le calcul de la façon dont ils se déplaceront l’un par rapport à l’autre est assez simple : La plupart du temps, ces deux objets orbiteront à peu près en cercle autour de leur centre de masse et reviendront à chaque fois à leur point de départ. Mais si l’on ajoute un troisième corps, comme une autre étoile, les choses deviennent beaucoup plus compliquées. Le troisième corps attire les deux objets en orbite l’un autour de l’autre, les faisant sortir de leur trajectoire prévisible.

Le mouvement des trois corps dépend de leur état initial – leurs positions, leurs vitesses et leurs masses. Si une seule de ces variables change, le mouvement qui en résulte peut être complètement différent.

« Je pense que c’est comme si vous marchiez sur la crête d’une montagne », a déclaré Shane Ross, mathématicien appliqué à Virginia Tech, à Live Science. « Il suffit d’un petit changement pour que vous tombiez à droite ou à gauche. Il s’agit de deux positions initiales très proches, qui pourraient conduire à des états très différents.

Il n’y a pas assez de contraintes sur les mouvements des corps pour résoudre le problème des trois corps à l’aide d’équations, a déclaré Ross.

Mais certaines solutions au problème des trois corps ont été trouvées. Par exemple, si les conditions de départ sont idéales, trois corps de masse égale peuvent se poursuivre les uns les autres en forme de huit. De telles solutions sont toutefois l’exception lorsqu’il s’agit de systèmes réels dans l’espace.

Certaines conditions peuvent rendre le problème des trois corps plus facile à analyser. Prenons l’exemple de Tatooine, le monde fictif de Luke Skywalker dans « La Guerre des étoiles » : une planète unique en orbite autour de deux soleils. Ces deux étoiles et la planète forment un système à trois corps. Mais si la planète est suffisamment éloignée et qu’elle orbite autour des deux étoiles, il est possible de simplifier le problème.

« Dans le cas de Tatooine, tant que l’on est suffisamment éloigné de la binaire centrale, on considère cet objet comme une étoile très grosse », a expliqué M. Quarles. La planète n’exerce pas une grande force sur les étoiles parce qu’elle est beaucoup moins massive, de sorte que le système s’apparente au problème à deux corps, plus facile à résoudre. Jusqu’à présent, les scientifiques ont trouvé plus d’une douzaine d’exoplanètes semblables à Tatooine, a déclaré Quarles à Live Science.

Mais souvent, les orbites des trois corps ne se stabilisent jamais vraiment, et le problème à trois corps est « résolu » avec fracas. Les forces gravitationnelles peuvent entraîner la collision de deux des trois corps ou projeter l’un d’entre eux hors du système pour toujours, ce qui pourrait donner naissance à des « planètes errantes » qui ne tournent autour d’aucune étoile, a expliqué M. Quarles. En fait, le chaos à trois corps pourrait être si courant dans l’espace que les scientifiques estiment qu’il pourrait y avoir 20 fois plus de planètes errantes que d’étoiles dans notre galaxie.

En cas d’échec, les scientifiques peuvent utiliser des ordinateurs pour calculer approximativement les mouvements des corps dans un système à trois corps individuel. Il est ainsi possible de prévoir le mouvement d’une fusée mise en orbite autour de la Terre ou de prédire le sort d’une planète dans un système à étoiles multiples.

Avec tout ce tumulte, on peut se demander si quelque chose pourrait survivre sur une planète comme celle présentée dans « 3 Body Problem » de Netflix, qui – alerte spoiler – est piégée dans une orbite chaotique autour de trois étoiles du système Alpha Centauri, le voisin le plus proche de notre système solaire.

« Je ne pense pas que ce type de situation constitue un environnement stable pour l’évolution de la vie », a déclaré M. Ross. C’est l’un des aspects de la série qui reste fermement dans le domaine de la science-fiction.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.livescience.com/

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