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La explicación del problema de los tres cuerpos de Newton - Fabio Pacucci

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    En 2009 dos investigadores realizaron
    un experimento sencillo.
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    Tomaron todo lo que sabemos
    sobre nuestro sistema solar
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    y calcularon dónde estaría cada planeta
    hasta 5 mil millones de años en el futuro.
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    Para ello realizaron
    más de 2000 simulaciones numéricas
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    con las mismas condiciones iniciales
    exactas salvo por una diferencia:
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    la distancia entre Mercurio y el Sol
    fue modificada por menos de un mm
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    de una simulación a otra.
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    Sorprendentemente, en aproximadamente
    el 1 % de sus simulaciones,
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    la órbita de Mercurio cambió de forma tan
    drástica que podría sumergirse en el Sol
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    o chocar con Venus.
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    Peor aún,
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    en una simulación se desestabilizó
    todo el sistema solar interior.
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    Esto no fue un error;
    la asombrosa variedad de resultados
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    revela que nuestro sistema solar
    puede ser menos estable de lo que parece.
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    Los astrofísicos se refieren a esta
    propiedad de los sistemas gravitacionales
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    como el problema de los n-cuerpos.
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    Aunque tenemos ecuaciones
    que pueden predecir completamente
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    los movimientos de dos masas gravitantes,
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    nuestras herramientas analíticas se
    quedan cortas ante sistemas más poblados.
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    En realidad, es imposible escribir
    todos los términos de una fórmula general
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    que pueda describir el movimiento
    de tres o más objetos gravitando.
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    ¿Por qué? El problema son las variables
    desconocidas de un sistema de n-cuerpos.
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    Gracias a Isaac Newton,
    podemos escribir un conjunto de ecuaciones
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    para describir la fuerza gravitacional
    que actúa entre los cuerpos.
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    Pero al tratar de hallar una solución
    general para las variables desconocidas
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    en estas ecuaciones,
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    nos enfrentamos
    a una restricción matemática:
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    para cada variable desconocida,
    debe haber por lo menos una ecuación
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    que la describa de forma independiente.
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    Al principio, un sistema de dos cuerpos
    parece tener más variables desconocidas
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    para la posición y la velocidad
    que las ecuaciones de movimiento.
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    Sin embargo, hay un truco:
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    considerar la posición relativa
    y la velocidad de los dos cuerpos
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    con respeto al centro
    de gravedad del sistema.
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    Esto reduce el número de incógnitas
    y nos deja con un sistema solucionable.
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    Con tres o más objetos en órbita en la
    imagen, todo se vuelve más desordenado.
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    Incluso con el mismo truco matemático
    de considerar movimientos relativos,
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    nos quedan más incógnitas
    que ecuaciones que las describen.
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    Simplemente hay demasiadas variables
    para que este sistema de ecuaciones
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    se desenrede en una solución general.
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    Pero ¿cómo se mueven realmente
    los objetos en nuestro universo
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    según ecuaciones de movimiento
    analíticamente imposibles de resolver?
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    Un sistema de tres estrellas,
    como Alfa Centauri,
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    podría chocar con otro sistema,
    o más probablemente,
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    alguno podría salirse de la órbita,
    tras un largo periodo de estabilidad.
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    Además de unas pocas configuraciones
    estables bastante improbables,
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    casi todos los casos posibles son
    impredecibles en escalas de tiempo largas.
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    Cada caso cuenta con un rango astronómico
    amplio de resultados potenciales,
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    que depende de la más mínima diferencia
    en la posición y en la velocidad.
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    Esto es conocido entre los físicos como
    "comportamiento caótico",
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    y es un rasgo importante
    de los sistemas de n-cuerpos.
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    Un sistema así aún es determinista;
    lo que significa que no es nada aleatorio.
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    Si varios sistemas con las mismas
    condiciones se ponen en marcha,
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    estos siempre obtendrán
    el mismo resultado.
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    Pero si le das un empujoncito a uno de
    ellos al inicio,
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    las probabilidades desaparecerán.
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    Eso es totalmente apropiado
    para las misiones espaciales tripuladas,
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    cuando las órbitas complejas
    deben ser calculadas con mucha precisión.
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    Por suerte, los continuos avances
    en simulaciones por ordenador
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    brindan varias formas
    de evitar una catástrofe.
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    Aproximando las soluciones
    con procesadores cada vez más potentes,
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    podemos predecir con más seguridad
    el movimiento de los sistemas de n-cuerpos
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    en escalas de tiempo largas.
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    Y si en un grupo de tres cuerpos,
    uno de ellos es tan ligero
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    que no ejerce una fuerza significativa
    sobre los otros dos,
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    el sistema actúa, de forma muy cercana,
    como un sistema de dos cuerpos.
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    Este enfoque se conoce como "el
    problema restringido de los tres cuerpos".
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    Resulta muy útil al describir,
    por ejemplo,
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    un asteroide en el campo gravitatorio
    de la Tierra y el Sol,
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    o un planeta pequeño en el campo
    de un agujero negro y una estrella.
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    Respecto a nuestro sistema solar,
    te alegrará saber
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    que podemos confiar razonablemente
    en su estabilidad
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    durante al menos varios de los
    siguientes cientos de millones de años.
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    Aunque si otra estrella,
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    lanzada desde el otro lado de la galaxia,
    se aproxima hacia nosotros,
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    todas las probabilidades desaparecerán.
Title:
La explicación del problema de los tres cuerpos de Newton - Fabio Pacucci
Speaker:
Fabio Pacucci
Description:

Mira la lección completa en: https://ed.ted.com/lessons/newton-s-three-body-problem-explained-fabio-pacucci

En 2009 los investigadores realizaron un experimento sencillo. Tomaron todo lo que sabemos sobre nuestro sistema solar y calcularon dónde estaría cada planeta hasta 5 mil millones de años en el futuro. Realizaron más de 2000 simulaciones numéricas, y la asombrosa variedad de resultados reveló que nuestro sistema solar puede ser menos estable de lo que parece. Fabio Pacucci investiga el problema de los n-cuerpos y el movimiento de los objetos gravitacionales.

Lección de Fabio Pacucci, dirigida por Hype CG.

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Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:09

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