Des scientifiques disent avoir trouvé un moyen de résoudre la “plus ancienne question ouverte en astrophysique”


Après presque 350 ans, les physiciens viennent d’arriver à une solution statistique pour le problème des trois corps de Newton – c’est-à-dire le problème de savoir comment trois objets ou corps similaires vont voyager dans l’espace d’une manière qui s’accorde avec les lois du mouvement et de la gravité.

Les chercheurs à l’origine de la dernière étude décrivent le problème des trois corps comme “sans doute la plus vieille question ouverte en astrophysique”, et bien qu’ils n’aient pas complètement résolu le cas, ils se sont rapprochés bien plus de leur objectif que la plupart en trouvant une formule statistique qui correspond à cette question ouverte dans certains scénarios.

En particulier, ils ont examiné quelques siècles de recherches antérieures qui avancent l’idée suivante : dans les systèmes instables et chaotiques à trois corps, l’un de ces corps finit par être expulsé, laissant derrière lui une relation binaire stable entre les deux qui restent.

Bien que les chercheurs soulignent qu’ils n’ont pas trouvé de solution exacte et complète au problème des trois corps, ils ont mis au point une méthode statistique de travail qui couvre un grand nombre de ces événements à trois ou deux corps, une méthode pouvant être très utile afin d’aider les physiciens à visualiser des processus complexes.

“Lorsque nous avons comparé nos prédictions à des modèles générés par ordinateur de leurs mouvements réels, nous avons constaté un degré élevé de précision”, déclare l’astrophysicien Nicholas Stone, de l’Université hébraïque de Jérusalem.

Les trois lois du mouvement établies par Isaac Newton en 1687 sont les suivantes : les objets restent dans un état d’inertie à moins d’être soumis à une force, la relation entre l’accélération et la force appliquée est la force égale à la masse multipliée par l’accélération (F=ma), et pour chaque action il y a une réaction égale et opposée.

Jusqu’à présent, c’est brillant, en ce qui concerne la physique fondamentale de l’Univers. Mais Newton a eu des difficultés à appliquer ses règles à la Terre, à la Lune et au Soleil – les trois corps originaux. Il est en fait devenu beaucoup plus difficile de suivre trois corps avec ces règles mathématiques.

Si les scientifiques ont trouvé des solutions pour des cas particuliers, une formule générale pour le problème des trois corps s’est révélée insaisissable. C’est comme essayer d’appliquer un modèle mathématique à l’effet papillon – c’est tout simplement trop chaotique pour être suivi.

Dans ce cas, les chercheurs ont appliqué une hypothèse de probabilité appelée théorie ergodique pour les guider dans leurs réponses, qui utilise les principes des moyennes pour déterminer ce qui va se passer dans un système particulier. Il est important de noter qu’au fil du temps, les processus ergodiques ont peu de rapport avec leur état initial (tout comme un système à trois corps).

La nouvelle solution permet aux scientifiques de comprendre comment les deux survivants d’un problème à trois corps vont se comporter dans une variété de scénarios nouvellement stables – et ce genre de compréhension peut être crucial en astrophysique.

“Prenez trois trous noirs qui sont en orbite l’un autour de l’autre”, dit Stone. “Leurs orbites deviendront nécessairement instables et même après que l’un d’entre eux soit expulsé, nous sommes toujours très intéressés par la relation entre les trous noirs survivants.”

Les recherches ont été publiées dans Nature.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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