Что такое «Задача трех тел»?

Китайский фантаст Лю Цысинь на слуху как у себя на родине, так и в остальном мире. Его «Задача трех тел» регулярно удостаивается положительных отзывов, его трилогию по слухам планирует экранизировать Amazon, а на русском наконец-то выходит заключительный роман — «Вечная жизнь смерти».

Само понятие задачи трех тел появилось задолго до Лю Цысиня, но именно ему удалось интересно обыграть его в своих книгах. Поговорим сегодня о нем — как в науке, так и в книгах.

В астрономии Задача трех тел — способ расчета движения трех небесных тел и их взаимодействия. Далеко за примером ходить не надо: это могут быть Солнце, Земля и Луна, взаимодействие которых определяется по закону тяготения Ньютона.

Задача может казаться простой, но над вопросом гравитационного взаимодействия трех тел математический мир бился больше столетия. А если говорить о единой и универсальной формуле — до сих пор бьется. Основной проблемой стало то, что поведение трех небесных тел относительно друг друга не имеет универсального решения.

До конца девятнадцатого века о законах взаимодействия трех материальных (или небесных) тел было почти ничего неизвестно даже несмотря на упрощения (например, массой одного из тел пренебрегали, но и это не давало результатов). Впрочем, когда-то человечество вообще не подозревало, что звезды на небе подчинены определенным законам, хотя позже было открыто, что небесные тела «следуют» собственными маршрутами и через строго определенные промежутки времени возвращаются приблизительно в ту же позицию на ночном небе.

Первоначально было изучено взаимодействие лишь двух тел. «Задача двух тел» была решена Кеплером с помощью эллиптической орбиты. А вот вопросы о взаимодействие трех тел долгие годы оставались без ответов. Некоторые частные случаи этой задачи удалось решить. Так в 1767 году Эйлер разобрался в движение трех тел, лежащих на одной прямой. Через несколько лет Лагранж нашел подобные решения для варианта, когда тела образуют вращающийся равносторонний треугольник. Однако найти универсальное решение все равно не получалось.

Воистину титанически расчет представил астроном и математик Шарль-Эжен Делоне в 1867 в виде двух томов по 900 страниц в каждом. Он пытался решить задачу для системы Солнце-Земля-Луна с использованием теории возмущений. Через столетие его данные проверили с помощью компьютерных расчетов, и ни одной значительной ошибки обнаружено не было. Только вот пользоваться на практике этими расчетами слишком трудоемко.

Работали над задачей трех тел и другие ученые. В конечном итоге они скорее доказывали, что даже ограниченная задача трех тел может не иметь общего предполагаемого решения. Зато так называемые «частные» решения со временем стали появляться все чаще. Например, Милован Шуваков и Велько Дмитрашинович нашли целых тринадцать новых вариантов стабильных орбит для задачи трех тел. А Кристофер Мур нашел решение задачи трех тел для случая, когда все тела гоняются друг за другом по одной и той же орбите, но даже здесь многие вопросы остаются без ответа. 

На данный момент известно не менее 21-го частного решения задачи трех тел. Следующая цель науки — определить, насколько разработанные орбиты устойчивы к возмущениям. Иными словами, проверить, что будет, если вблизи трех тел пролетит четвертое — не развалится ли вся красивая картина?

Разумеется, Лю Цысинь не просто так назвал свою первую книгу трилогии в честь проблемы небесной механики. И хотя поначалу роман рассказывает о совсем других вещах (культурная революция в Китае, поиск внеземных цивилизаций с помощью посланий в космос, странные события в мировой науке), со временем в сюжете появляется компьютерная игра с полным погружение под названием «Задача трех тел».

«Перед тем как выйти из игры, Ван заметил в небе три летящих звезды. Медленно вращаясь друг вокруг друга, они, казалось, исполняли какой-то причудливый танец в бездонном мраке космоса».

Игра с помощью образов исторических деятелей — персонажей игры (Мо-Цзы, Исаак Ньютон, Альберт Эйнштейн) рассказывает историю планеты Трисолярис и трех солнц, находящихся в системе Альфа Центавра. Взаимодействие трех звезд длится большими периодами, и целые цивилизации Трисоляриса успевают встать на ноги и погибнуть из-за беспорядочно наступающих «Эр Хаоса» — планета вновь и вновь подходит крайне близко к солнцам или, напротив, уходит слишком далеко от них. И это повторяется раз за разом.

«Теперь тебе известна цель игры – с помощью интеллекта и интуиции проанализировать все явления природы и выявить законы, по которым движется солнце. От этого зависит выживание цивилизации».

И игра создана не просто для развлечения. На самом деле через нее вербуют сторонников для организации «Земля — Трисолярис» (которая давно находится на связи с инопланетянами) с целью передать Землю в руки реальных трисоляриан. И нестабильное состояние их планеты — не вымысел.

Тем временем сами трисоляриане отчаялись искать решения задачи трех тел для стабильной орбиты. Гораздо проще — и надежнее — захватить Землю. А чтобы наверняка увеличить свои шансы на победу, пришельцы бомбардируют Землю «софонами» — элементарными частицами с искусственным интеллектом, способными приостановить развитие земной науки.

Таким образом, роман «Задача трех тел» закладывает основы конфликта, который получает развитие в следующих книгах трилогии — романах «Темный лес» и «Вечная жизнь смерти».