Les physiciens déchiffrent le problème insoluble des trois corps en utilisant la démarche de l’ivrogne › Geeky News

Un problème de physique qui tourmente la science depuis l’époque d’Isaac Newton est sur le point d’être résolu, disent deux chercheurs israéliens. Le duo a utilisé « la marche de l’ivrogne » pour calculer le résultat d’une danse cosmique entre trois objets massifs, ou le problème dit des trois corps.

Pour les physiciens, prédire le mouvement de deux objets massifs, comme une paire d’étoiles, est un jeu d’enfant. Mais lorsqu’un troisième objet entre en scène, le problème devient insoluble. C’est parce que lorsque deux objets massifs se rapprochent, leur attraction gravitationnelle influence les chemins qu’ils empruntent d’une manière qui peut être décrite avec une formule mathématique simple. Mais ajouter un troisième objet n’est pas si simple : du coup, les interactions entre les trois objets deviennent chaotiques. Au lieu de suivre un chemin prévisible défini par une formule mathématique, le comportement des trois objets devient sensible à ce que les scientifiques appellent « conditions initiales », c’est-à-dire quelles que soient la vitesse et la position dans lesquelles ils se trouvaient auparavant. . Toute légère différence dans ces conditions initiales modifie considérablement son comportement futur, et comme il existe toujours une certaine incertitude dans ce que nous savons de ces conditions, son comportement est impossible à calculer dans un avenir lointain. Dans un scénario, deux des objets pourraient orbiter étroitement tandis que le troisième est lancé sur une orbite large ; dans un autre, le troisième objet peut être expulsé des deux autres, pour ne jamais revenir, et ainsi de suite.

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Dans un article publié dans la revue Physical Review X, les scientifiques ont profité de l’imprévisibilité frustrante du problème des trois corps.

« [The three-body problem] cela dépend très, très sensiblement des conditions initiales, donc cela signifie essentiellement que le résultat est essentiellement aléatoire », a déclaré Yonadav Barry Ginat, doctorant au Technion-Israel Institute of Technology, co-auteur de l’article avec Hagai Perets, un physicien de la même université « Mais cela ne veut pas dire que nous ne pouvons pas calculer la probabilité de chaque résultat. »

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Pour ce faire, ils se sont appuyés sur la théorie des marches aléatoires, également appelée « marche de l’ivrogne ». L’idée est qu’un ivrogne marche dans des directions aléatoires, avec la même chance de faire un pas à droite que de faire un pas à gauche. Si vous connaissez ces possibilités, vous pouvez calculer la probabilité que l’ivrogne se retrouve à un certain endroit plus tard.

Le problème des trois corps a tourmenté les scientifiques depuis l’époque d’Isaac Newton. Voici trois objets cosmiques en orbite avec une galaxie en arrière-plan. (Crédit image : Technion – Institut de technologie d’Israël)

Ainsi, dans la nouvelle étude, Ginat et Perets ont examiné les systèmes à trois corps, où le troisième objet s’approche d’une paire d’objets en orbite. Dans sa solution, chacun des « pas » de l’ivrogne correspond à la vitesse du troisième objet par rapport aux deux autres.

« Vous pouvez calculer quelles sont les probabilités pour chacune de ces vitesses possibles du troisième corps, puis vous pouvez composer toutes ces étapes et toutes ces probabilités pour trouver la probabilité finale de ce qui va se passer avec le système à trois corps dans un dans longtemps, « c’est-à-dire si le troisième objet sera définitivement abandonné ou s’il pourrait revenir, par exemple, a déclaré Ginat.

Mais la solution des scientifiques va plus loin. Dans la plupart des simulations du problème à trois corps, les trois objets sont traités comme des particules idéales, sans propriétés internes en jeu. Mais les étoiles et les planètes interagissent de manière plus compliquée : il suffit de penser à la façon dont la gravité de la lune tire sur la Terre pour produire des marées. Ces forces de marée volent de l’énergie à l’interaction entre les deux corps, ce qui modifie la façon dont chaque corps se déplace.

Étant donné que cette solution calcule la probabilité de chaque « étape » de l’interaction à trois corps, vous pouvez prendre en compte ces forces supplémentaires pour calculer plus précisément le résultat.

C’est un grand pas en avant pour le problème des trois corps, mais Ginat dit que ce n’est certainement pas la fin. Les chercheurs espèrent maintenant découvrir ce qui se passe lorsque les trois corps sont dans des configurations spéciales – les trois dans un même plan, par exemple. Un autre défi est de voir s’ils peuvent généraliser ces idées à quatre corps.

« Il reste quelques questions ouvertes », a déclaré Ginat.

Publié à l’origine sur Live Science.