Quel est le problème à 3 corps sur lesquel est basée la série Netflix éponyme ?

En 2006, l'ingénieur et écrivain chinois Liu Cixin a publié un roman qui est rapidement devenu un best-seller : Le problème des trois corps.

Ce roman raconte l'histoire d'un groupe de scientifiques qui interagit avec une civilisation lointaine.

Outre le drame humain de l'histoire, Liu a basé son récit sur un problème bien connu de la mécanique orbitale, le problème des trois corps.

Ce problème, qui existe depuis que l'homme a commencé à comprendre le concept de gravité, concerne la difficulté de prédire le mouvement de trois corps appartenant au même système orbital.

Aujourd'hui, le problème des 3 corps revient à la mode, avec la sortie sur Netflix d'une série portant le même titre et basée sur le livre de Liu.

Voyons de quoi il retourne.

Gravité

"Isaac Newton savait que si vous avez un système impliquant deux objets (une seule planète en orbite autour d'une étoile, par exemple), avec un peu de compréhension du fonctionnement de la gravité, vous pouvez calculer comment ils se déplaceront tous les deux", explique Chris Lintott, astrophysicien et professeur à l'université d'Oxford, à la BBC.

Mais si vous ajoutez un troisième objet à ce système - une lune, par exemple - le système devient imprévisible, explique M. Lintott.

Pourquoi est-ce important ?

Lorsque Isaac Newton a dévoilé les lois de la gravitation universelle en 1687, il s'en est suivi une exploration de la manière dont ces idées révolutionnaires s'appliquaient à tous les domaines de la physique, y compris l'astronomie.

Selon Lintott, les lois de Newton ont permis de prédire avec précision, par exemple, le mouvement de la Terre autour du Soleil.

Il en va de même pour le mouvement de la Lune autour de la Terre.

Mais ailleurs dans l'univers, il existe des systèmes orbitaux composés de plus de deux corps.

Et c'est là que le problème commence.

"Lorsque vous ajoutez un troisième objet, vous créez le chaos", explique M. Lintott.

Il devient "impossible de prédire quel sera le mouvement orbital de ces trois corps célestes".

Ce problème est dû à la loi de conservation de l'énergie de l'univers, qui stipule que l'énergie n'est ni créée ni détruite, explique l'astrophysicien Charles Horowitz sur le site Vox.

Horowitz note qu'en raison de ce principe, une fois qu'une planète entre dans le système gravitationnel d'une étoile, elle ne peut pas "créer" d'énergie supplémentaire pour échapper à son champ gravitationnel.

Et elle reste stable à l'infini.

"Mais que se passe-t-il si une autre étoile arrive dans ce système : les deux étoiles peuvent générer suffisamment d'énergie pour éjecter la planète ou le corps céleste autour duquel elle est en orbite", explique M. Horowitz.

"Avec ces ingrédients, comment stabiliser trois objets gravitationnels ou prédire leurs orbites ?

Entre stabilité et chaos

Dans la série Netflix comme dans le livre de Liu, les personnages interagissent avec une planète (San-Ti) dotée d'un système solaire à trois soleils qui fluctue entre des ères stables et des ères chaotiques.

Lorsque San-Ti tourne autour d'un soleil, il s'agit d'une ère stable.

Mais lorsqu'un autre soleil s'empare de la planète, celle-ci erre dans un champ gravitationnel impliquant les trois étoiles, provoquant le chaos.

Dans l'infinité de l'univers, il existe de nombreuses régions - en particulier celles où les étoiles se forment - où l'on trouve des systèmes à trois corps.

En raison de leur complexité, ces systèmes sont difficiles à étudier.

"Dans ce type de régions, où il y a aussi beaucoup de galaxies, il y a plus de systèmes à trois corps qu'il n'y en a, ce qui les rend difficiles à analyser de manière prédictive", explique Horowitz.

Existe-t-il une solution ?

Le Soleil, la Terre et la Lune forment un système à trois corps.

"Mais comme le Soleil exerce une force gravitationnelle plus forte sur la Terre, et que la Terre fait de même sur la Lune, cela crée une paire de systèmes à deux corps, avec des orbites stables et prévisibles", explique le professeur de physique Jonathan Blazek, dans un article de l'université de Northeastern.

C'est "pour l'instant", ajoute M. Blazek.

Il souligne que même si notre système solaire semble stable, "rien ne garantit qu'il le restera dans un avenir lointain, car il s'agit au fond d'un système à plusieurs corps".

La série, dont la plupart des personnages sont des scientifiques (notamment l'actrice mexicaine Eiza González, qui joue le rôle d'Augustina "Auggie" Salazar, experte en nanotechnologies), s'interroge sur la manière de résoudre l'énigme des trois corps d'un point de vue pratique.

Dans la réalité, le problème reste sans réponse.

Les scientifiques sont parvenus à des prédictions statistiques basées sur des simulations informatiques.

Mais il ne s'agit que de scénarios possibles de ce qu'un ordinateur pense qu'il se passera dans certaines circonstances.

La résolution du problème des trois corps pourrait aider à comprendre, par exemple, comment la présence d'un troisième objet influence la formation et la fusion des trous noirs, explique M. Linttot.

Blazek, quant à lui, note que la résolution de ce problème pourrait être la clé d'une meilleure compréhension de l'évolution de l'univers.

"Nous ne savons pas si, dans quelques milliards d'années, les orbites resteront telles qu'elles sont aujourd'hui", explique le professeur.

"Il est très probable qu'il y aura une certaine instabilité qui changera la façon dont les choses se présentent dans le système solaire.