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Endlich gelöst? Forscher adressieren uraltes Rätsel der Physik

Das Dreikörperproblem ist ein Physikrätsel, das Forscher seit Jahrhunderten beschäftigt.
Das Dreikörperproblem ist ein Physikrätsel, das Forscher seit Jahrhunderten beschäftigt.
Foto: Getty Images/Michael Blann
Artikel von: Philipp Rall
Mit dem Dreikörperproblem adressieren Forscher derzeit ein uraltes Physik-Rätsel. Ihre Theorie könnte seine Lösung voranbringen.

Beim Dreikörperproblem handelt es sich um eines der schwierigsten mathematischen beziehungsweise physikalischen Rätsel überhaupt. Es besteht darin, eine Vorhersage über den Bahnverlauf dreier Objekte zu treffen, die unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Anziehung nach Newtons Gravitationsgesetz stehen. Ein Team der Hebräischen Universität Jerusalem adressiert ebendieses Physik-Rätsel und versucht, das Problem zu reduzieren.

Isaac Newton war ein großer Forscher – doch er hatte einen Fehler
Isaac Newton war ein großer Forscher – doch er hatte einen Fehler

Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton wurde 1643 in Woolsthorpe-by-Colsterworth in Lincolnshire geboren. Der englische Naturforscher ging vor allem durch seine Werke der "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" in die Geschichte ein, in denen er mitunter die universelle Gravitation und die Bewegungsgesetze in Form seines Gravitationsgesetzes beschrieb.

Dreikörperproblem: Forscher könnten Lösung näherkommen

Schon Ende des 17. Jahrhunderts gelang es Isaac Newton, die Bewegung der Planeten um die Sonne mit dem Gesetz der universellen Gravitation zu erklären. Ebenso erklärte er die Bewegung unseres Mondes um die Erde (Zweikörperproblem). Als er seine Überlegungen weiterspinnen wollte, stieß er allerdings auf ein physikalisches Rätsel, das selbst heutigen Forschern noch Schwierigkeiten bereitet. So interessierte sich Newton für die Vorhersage der Bewegung von drei Körpern, die sich im Raum unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Gravitationsanziehung bewegen – das Dreikörperproblem.

Im Gegensatz zum Zweikörperproblem konnte Newton beim Dreikörperproblem keine allgemeine mathematische Lösung erhalten. In der Tat stellte sich das Dreikörperproblem als einfach zu definieren, aber schwierig zu lösen heraus. Die Schwierigkeit lag in den Eigenheiten des Systems selbst: Es ist eine zufällige Bewegung, die sich mit einer regelmäßigen Bewegung abwechselt – sie hat keine Grenzen und unterliegt dem Zerfall.

Vor gut einem Jahr präsentierte der Forscher Nicholas Stone mit seinen Kollegen eine neue Berechnungsmethode und erhielt zum ersten Mal einen geschlossenen mathematischen Ausdruck für die statistische Lösung des Dreikörperproblems. Allerdings basiert auch diese Methode, wie alle statistischen Ansätze zuvor, auf bestimmten Annahmen, die die Forscher im Voraus festgelegt hatten.

Physik-Rätsel: Überarbeitete Theorie vorgestellt

Barak Kol, Professor der Physik an der Hebräischen Universität Jerusalem hat sich mit eben dieser Methode beschäftigt und inspiriert von ihr eine überarbeitete Theorie (Link) aufgestellt. Der Wissenschaftler fand heraus, dass das Dreikörperproblem unter einigen allgemeinen Annahmen Perioden chaotischer oder zufälliger Bewegung erfährt, die sich mit Perioden regelmäßiger Bewegung abwechseln, bis das System schließlich in zwei Körper zerfällt.

Diese zwei Objekte beginnen, sich um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt zu drehen. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich der dritte Körper allmählich von ihnen zu entfernen. Somit ließe sich ein Dreikörperproblem zumindest auf längere Sicht auf ein Zweikörperproblem reduzieren. Auch hierzu liegt die Voraussetzung allerdings in Newtons Gravitationsgesetz, einer Theorie, die mittlerweile in Teilen überdacht wird.

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