2009'da iki araştırmacı basit bir deney yaptı.
Güneş sistemimiz hakkında bildiğimiz her şeyi aldılar
ve her gezegenin gelecekteki 5 milyar yıla kadar nerede olacağını hesapladılar.
Bunu yapmak için aynı başlangıç koşullarıyla
2.000'den fazla sayısal simülasyon gerçekleştirdiler fakat biri dışında:
Merkür ile Güneş arasındaki mesafe, bir simülasyondan diğerine
bir milimetreden daha az değiştirildi.
Şaşırtıcı bir şekilde, simülasyonlarının yaklaşık %1'inde,
Merkür'ün yörüngesi o kadar sert bir şekilde değişti ki, Güneş'e dalabilir
veya Venüs ile çarpışabilirdi.
Daha da kötüsü,
bir simülasyonda tüm iç Güneş sistemini istikrarsızlaştırdı.
Bu bir hata değildi. Sonuçlardaki şaşırtıcı çeşitlilik, Güneş sistemimizin
göründüğünden çok daha az kararlı olabileceği gerçeğini ortaya koyuyor.
Astrofizikçiler, yerçekimi sistemlerinin bu şaşırtıcı özelliğini
n-cisim problemi olarak adlandırırlar.
İki kütleçekim kütlesinin hareketlerini
tam olarak tahmin edebilen denklemlerimiz olsa da
analitik araçlarımız daha kalabalık sistemlerle karşılaştıklarında yetersiz.
Üç veya daha fazla nesnenin yer çekimi hareketini tam olarak
tanımlayabilen genel bir formülün tüm terimlerini yazmak aslında imkansız.
Neden? Sorun, bir n-cisim sisteminin içerdiği bilinmeyen değişkenlerle ilgili.
Isaac Newton sayesinde, cisimler arasında hareket eden
yer çekimi kuvvetini tanımlamak için bir dizi denklem yazabiliriz.
Bununla birlikte, bu denklemlerdeki bilinmeyen değişkenler için
genel bir çözüm bulmaya çalışırken,
matematiksel bir kısıtlama ile karşı karşıyayız:
Her bilinmeyen için, onu bağımsız olarak tanımlayan
en az bir denklem olmalı.
Başlangıçta, iki cisimli bir sistemin hareket denklemlerindense
konum ve hızı için daha fazla bilinmeyen değişkenleri olduğu görülmekte.
Ancak bir numara var:
Sistemin ağırlık merkezine göre iki cismin
göreceli konumunu ve hızını düşünün.
Bu, bilinmeyenlerin sayısını azaltır ve geriye çözülebilir bir sistem kalır.
Yörüngede dönen üç veya daha fazla nesneyle her şey daha da karmaşıklaşır.
Göreceli hareketleri hesaba katmanın aynı matematiksel hilesiyle bile,
onları tanımlayan denklemlerden daha fazla bilinmeyenle baş başa kalıyoruz.
Bu denklem sisteminin genel bir çözüme dönüştürülmesi için
çok fazla değişken var.
Peki, evrenimizdeki nesnelerin analitik olarak
çözülemeyen hareket denklemlerine göre taşınması gerçekte neye benzer?
Üç yıldızdan oluşan Alpha Centauri gibi bir sistem
birbirine çarparak gelebilir veya daha büyük olasılıkla,
bazıları uzun bir süre sabit durduktan sonra yörüngeden atılabilir.
Oldukça olası olmayan birkaç kararlı konfigürasyon dışında
her olası durum, uzun zaman ölçeklerinde tahmin edilemez.
Her biri, konum ve hızdaki en küçük farklılığa bağlı şekilde
astronomik olarak geniş bir potansiyel sonuç yelpazesine sahip.
Bu davranış, fizikçiler tarafından kaotik olarak bilinir
ve n-cismi sistemlerinin önemli bir özelliği.
Böyle bir sistem hala belirleyicidir, yani rastgele bir şeyi yok.
Birden fazla sistem tam olarak aynı koşullardan başlarsa
her zaman aynı sonuca ulaşır.
Ama başlangıçta biraz destek verirseniz tüm bahisler kapanır.
Bu, karmaşık yörüngelerin büyük bir hassasiyetle hesaplanması gerektiği
insan uzay görevleri için açıkça geçerli.
Neyse ki bilgisayar simülasyonlarındaki devamlı gelişmeler
felaketten kaçınmak için çeşitli yollar sunar.
Çözümlere giderek daha güçlü işlemcilerle yaklaşarak, n-cismi sistemlerinin
hareketini uzun zaman ölçeklerinde daha güvenilir bir şekilde tahmin edebiliriz.
Eğer üçlü bir gruptaki bir cisim çok hafifse,
diğer ikisine önemli bir kuvvet uygulamaz,
sistem çok iyi bir yaklaşımla iki cisim sistemi gibi davranır.
Bu yaklaşım "kısıtlı üç cisim problemi" olarak bilinir.
Örneğin, Dünya-Güneş yerçekimi alanındaki bir asteroidi
veya bir kara delik ve bir yıldız alanındaki küçük bir gezegeni
tanımlarken son derece yararlı olduğu kanıtlandı.
Güneş sistemimize gelince,
en azından önümüzdeki birkaç yüz milyon yıl boyunca
istikrarına makul ölçüde güven duyabileceğimizden mutlu olacaksınız.
Eğer galaksinin öteki bir yanından fırlatılan
başka bir yıldız bize doğru geliyorsa
tüm bahisler kapalı.