Talvez você já tenha ouvido falar do popular programa da Netflix e do romance de ficção científica em que se baseia, O problema dos três corposdo autor chinês de ficção científica Liu Cixin. A premissa da história é um sistema estelar onde três estrelas orbitam umas às outras, o que leva à destruição periódica de um planeta que orbita uma delas. Como Isaac Newton descreveu em seu Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, a interação de dois corpos massivos é fácil de prever e calcular. No entanto, a interação de três corpos leva a que as coisas se tornem imprevisíveis (até mesmo caóticas) com o tempo.
Este problema tem fascinado os cientistas desde então e continua a ser um dos mais famosos mistérios não resolvidos da matemática e da física teórica. A teoria afirma que a interação de três objetos ligados gravitacionalmente evoluirá caoticamente e de uma forma completamente desligada de suas posições e velocidades iniciais. No entanto, num estudo recente, uma equipa internacional liderada por um investigador do Instituto Niels Bohr realizou milhões de simulações que mostraram “ilhas de regularidade num mar de caos”. Estes resultados indicam que poderia haver uma solução, ou pelo menos alguma previsibilidade, para o Problema dos Três Corpos.
O estudo foi liderado por Alessandro Alberto Trani, pós-doutorado no Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague (NBI), o Centro de Pesquisa para o Universo Primitivo na Universidade de Tóquio e no Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST). Ele foi acompanhado por pesquisadores da Universidade de Concepción no Chile, do Museu Americano de História Natural, do Observatório de Leiden e do Centro de Pesquisa Ames da NASA. O artigo que detalha suas descobertas foi publicado recentemente na revista Astronomia e Astrofísica.
Para investigar esse problema, Trani e seus colegas usaram um programa de software que ele mesmo desenvolveu, chamado Tsunami. Este programa calcula os movimentos de objetos astronômicos com base em leis físicas conhecidas, como a de Newton Lei da Gravitação Universal e a Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Eles então o configuraram para executar milhões de simulações de encontros de três corpos com parâmetros específicos, incluindo as posições de dois objetos em órbita (ou seja, sua fase ao longo de um eixo de 360 graus) e o ângulo de aproximação do terceiro objeto – variando. em 90°. Como Trani explicou em um recente História de notícias de pesquisa do NBI:
“O Problema dos Três Corpos é um dos problemas insolúveis mais famosos da matemática e da física teórica. A teoria afirma que quando três objetos se encontram, sua interação evolui de forma caótica, sem regularidade e completamente desvinculada do ponto de partida. Mas os nossos milhões de simulações demonstram que existem lacunas neste caos – ‘ilhas de regularidade’ – que dependem diretamente de como os três objetos estão posicionados uns em relação aos outros quando se encontram, bem como da sua velocidade e ângulo de abordagem.”
Os milhões de simulações que realizaram cobriram todas as combinações possíveis desta estrutura. Os resultados formaram um mapa aproximado de todos os resultados concebíveis a partir dos fios das configurações iniciais, que foi quando as ilhas de regularidade apareceram. Esta descoberta pode levar a uma compreensão mais profunda de um problema que de outra forma seria impossível e representa um novo desafio para os investigadores. Embora seja possível calcular o nosso caos utilizando métodos estatísticos, estes tornam-se mais complexos quando o caos é interrompido por regularidades. Disse Trani:
“Quando algumas regiões neste mapa de resultados possíveis se tornam subitamente regulares, isso confunde os cálculos estatísticos de probabilidade, levando a previsões imprecisas. Nosso desafio agora é aprender a mesclar métodos estatísticos com os chamados cálculos numéricos, que oferecem alta precisão quando o sistema se comporta regularmente. Nesse sentido, os meus resultados colocaram-nos de volta à estaca zero, mas, ao mesmo tempo, oferecem esperança para um nível inteiramente novo de compreensão a longo prazo.”
Como o encontro de três objetos no Universo é uma ocorrência comum, o Problema dos Três Corpos é mais do que apenas um desafio teórico. Trani espera que esta descoberta leve a uma compreensão mais profunda que abra caminho para modelos astrofísicos melhorados:
“Se quisermos compreender as ondas gravitacionais, que são emitidas por buracos negros e outros objetos massivos em movimento, as interações dos buracos negros à medida que se encontram e se fundem são essenciais. Imensas forças estão em jogo, especialmente quando três delas se encontram. Portanto, a nossa compreensão de tais encontros pode ser uma chave para a compreensão de fenómenos como as ondas gravitacionais, a própria gravidade e muitos outros mistérios fundamentais do Universo.”
Leitura adicional: Instituto Neils Bohr
