Astronomia da fantascienza 👉 -2

*Astronomia da fantascienza, a cura di Camilla Pianta*

Il problema dei tre corpi, una questione di caos deterministico ✨

E se la fisica non fosse mai esistita e l’universo fosse incontrollabile?

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“Wang si diresse verso l’altra estremità del lungo tavolo per darsi il tempo di ritrovare la calma, poi iniziò: «È molto semplice, in verità. Il motivo per cui i movimenti del sole sembrano così arbitrari è che il nostro mondo ha tre soli. A causa dell’attrazione gravitazionale che esercitano l’uno sull’altro, le dinamiche dei loro cicli sono imprevedibili. Questo è il problema dei tre corpi. Quando il nostro pianeta si muove attorno a uno dei soli lungo un’orbita stabile, allora abbiamo un’Era dell’Ordine. Ma se uno degli altri soli, o magari tutti e due, si avvicinano entro una certa distanza, la loro forza gravitazionale attira il nostro pianeta, strappandolo dalla sua orbita originaria e facendo in modo che vaghi in maniera instabile tra i tre campi gravitazionali. Quella è l’Era del Caos. Poi, dopo un periodo di tempo imprecisato, la massa di uno dei soli ricattura il nostro pianeta su un’orbita temporaneamente stabile, segnando l’inizio di una nuova Era dell’Ordine. È come una partita a calcio su scala universale, dove i tre corpi sono i giocatori e il nostro pianeta è la palla».”

Così Wang Miao, fisico specializzato in nanomateriali e protagonista del romanzo Il problema dei tre corpi di Liu Cixin (1963), si trova coinvolto in una serie di misteriosi suicidi che scuotono la comunità scientifica cinese: numerosi ricercatori di eccellenza si tolgono la vita in circostanze sospette, presumibilmente connesse alla pressione psicologica dovuta a una scoperta sconvolgente. Nel tentativo di capire cosa stia accadendo, Wang viene introdotto a un videogioco chiamato Tre Corpi ambientato su Trisolaris, un pianeta soggetto — proprio come una palla spinta continuamente dai giocatori di una partita di calcio — all’influsso congiunto di tre soli. Ad abitarlo sono i trisolariani, una civiltà aliena tecnologicamente avanzata che, mediante il videogioco, arriva a simulare con straordinario realismo le avversità del mondo in cui vive. Inviando segnali che interferiscono con le apparecchiature dei laboratori e anche il cervello umano, i trisolariani riescono a creare un canale di comunicazione diretta con gli scienziati, sabotando gli esperimenti con gli acceleratori di particelle e generando illusioni cognitive terribilmente destabilizzanti. Tra queste, la proiezione nel campo di vista di immagini minacciose e inquietanti, come quella dell’orologio che segna un inesorabile conto alla rovescia. Un’esperienza talmente concreta da non poter essere ignorata, né spiegata con le leggi fisiche note: se l’universo sembra incontrollabile, che senso ha l’attività di ricerca? È proprio questa perdita di significato esistenziale a portare gli scienziati — travolti da una sensazione di instabilità totalizzante, in analogia alla precarietà assoluta del sistema trisolariano — al suicidio.

Liu Cixin (dove, secondo l’uso cinese, il cognome precede il nome) è uno degli autori di fantascienza più influenti del panorama contemporaneo. Il romanzo Il problema dei tre corpi, pubblicato per la prima volta a puntate sulla rivista cinese di fantascienza Science Fiction World (科幻世界, kēhuàn shìjiè) e poi raccolto in volume, sempre nella Repubblica Popolare Cinese, nel 2008 con il titolo originale 三体 (Sān tǐ, letteralmente Tre corpi), apre la trilogia della Memoria del passato della Terra. Il successo internazionale arriverà però solo nel 2014, a seguito della traduzione in inglese da parte di Ken Liu (1976), autore di fantascienza statunitense di origine cinese, che consacrerà la trama de Il problema dei tre corpi tra le storie più avvincenti della hard science fiction. La traduzione italiana, realizzata da Benedetta Tavani a partire da quella di Ken Liu, comparirà infine nel 2017. Nel frattempo l’opera, che aveva già ottenuto i maggiori riconoscimenti per la letteratura di fantascienza in patria, aveva vinto nel 2015 il Premio Hugo come migliore romanzo: la prima volta in assoluto che un autore asiatico si aggiudicava il premio più importante della fantascienza mondiale.

Capace di spaziare dalla Rivoluzione Culturale cinese all’astrofisica stellare e planetaria, negli ultimi anni Il problema dei tre corpi ha conosciuto una nuova ondata di popolarità internazionale grazie all’adattamento televisivo nell’omonima serie di Netflix, sviluppata da David Benioff (1970) e D.B. Weiss (1971), già famosi per il loro lavoro su Game of Thrones, con la collaborazione di Alexander Woo.

Trisolaris è un pianeta che orbita all’interno di un sistema stellare composto da tre soli: nel romanzo si scoprono essere Alpha Centauri A, Alpha Centauri B e Proxima Centauri, ovvero il sistema stellare più vicino al Sole, situato a poco più di 4 anni luce di distanza. Le prime due stelle hanno una massa simile a quella solare, mentre la massa della terza è circa un decimo. A causa della posizione di Trisolaris, nessuno dei tre soli esercita un’influenza gravitazionale predominante sugli altri due, fungendo da corpo centrale nel moto orbitale, con la conseguenza che non esiste una gerarchia netta come quella presente nei sistemi planetari tradizionali. Per questo motivo, il campo gravitazionale totale sperimentato dal pianeta è il risultato della combinazione simultanea delle forze attrattive di tutte e tre le stelle, le quali variano istante per istante in base alla disposizione di queste. La loro interazione porta infatti ad una incessante riconfigurazione delle traiettorie orbitali, che tendono a evolvere verso stati caotici alle più piccole oscillazioni dei valori di posizione e velocità relative.

Ciò fa sì che il pianeta sia esposto a un’alternanza di “Ere dell’Ordine”, in cui mantiene distanze compatibili con condizioni ambientali tollerabili per la vita in virtù del moto quasi periodico dei tre soli, ed “Ere del Caos”, in cui invece si avvicina o allontana pericolosamente a uno o più soli a causa del rapido e imprevedibile mutamento delle loro orbite. Durante questi cicli, il pianeta passa dall’essere vittima di intense sollecitazioni gravitazionali e di una violenta irradiazione, al subire forti e improvvise glaciazioni. Per i trisolariani è impossibile predire in maniera affidabile la dinamica del proprio sistema planetario, se non per intervalli di tempo dell’ordine di decine o centinaia di anni — molto brevi rispetto alle scale temporali necessarie a pianificare la sopravvivenza di una civiltà. Si tratta quindi di uno scenario fisico estremo, costruito per rendere tangibili gli effetti del problema dei tre corpi, altamente sensibile alla perturbazione delle condizioni iniziali.

Il problema dei tre corpi è un’estensione naturale del problema dei due corpi in meccanica celeste. In esso, due corpi ruotano attorno al comune centro di massa, seguendo un moto centrale. Il tipo di orbita dipende dal valore dell’energia totale E del sistema, data dalla somma di energia cinetica ed energia potenziale gravitazionale. Se l’energia totale è negativa (E < 0), a vincolare il sistema è l’energia potenziale gravitazionale: la gravità tiene legati i due corpi, cosicché l’orbita è chiusa e assume la forma di un’ellisse o di una circonferenza. Viceversa, se l’energia totale è nulla (E = 0) o positiva (E > 0), prevale l’energia cinetica: l’orbita è aperta, di forma parabolica nel primo caso e iperbolica nel secondo, fatto che comporta l’allontanamento di un corpo dall’altro. Data la simmetria della forza di attrazione gravitazionale, il problema dei due corpi si semplifica al punto da risultare sempre risolvibile analiticamente, permettendo di calcolare esattamente posizioni e velocità.

L’aggiunta di un terzo corpo rompe la simmetria del problema: le equazioni del moto restano accoppiate non linearmente e non esiste più una soluzione analitica generale. Poiché ciascun corpo è sottoposto contemporaneamente all’attrazione gravitazionale degli altri due, il sistema non può essere ridotto a un unico moto relativo, ragion per cui manca una formula esplicita per scrivere le traiettorie future dei tre corpi a partire dalle condizioni iniziali. L’unico modo per determinare l’evoluzione del sistema è ricostruirne il moto nel tempo per mezzo di simulazioni numeriche, che aggiornano i valori di posizione e velocità dei corpi man mano che interagiscono. In pratica, si esamina la storia dinamica del sistema, sapendo che ogni configurazione successiva deriva da quella immediatamente precedente.

Un’eccezione è costituita dalle cosiddette soluzioni collineari (o di Euler) ed equilaterali (o di Lagrange), che rappresentano particolari configurazioni di equilibrio relativo. In esse la geometria della figura formata dai tre corpi si conserva nel tempo, come fosse rigida, ruotando complessivamente attorno al centro di massa del sistema — similmente al problema dei due corpi. La distanza tra i corpi è dettata dal bilanciamento tra l’attrazione gravitazionale reciproca e la forza centrifuga nel sistema di riferimento rotante. Nelle soluzioni collineari, i tre corpi si dispongono in punti allineati lungo una stessa retta; viceversa, nelle soluzioni equilaterali i tre corpi occupano i vertici di un triangolo equilatero. Per quanto matematicamente possibili, entrambe le classi di soluzioni si rivelano instabili, dal momento che anche un minimo spostamento o una variazione apparentemente trascurabile di massa o di velocità possono alterare irreversibilmente l’equilibrio delle forze che tengono in posizione i tre corpi. Tali considerazioni si applicano soprattutto al caso di Trisolaris, in cui la similarità dei tre soli ostacola l’emergere di una separazione chiara tra corpo principale e corpi secondari nel moto, rendendo l’orizzonte di predicibilità straordinariamente limitato.

Ma come verrebbe studiato il sistema trisolariano, se fosse reale? Una simulazione dinamica di Trisolaris prenderebbe avvio dalla scelta delle condizioni iniziali (masse, posizioni e velocità) dei tre soli e dalla suddivisione del tempo d’integrazione in “passi” molto piccoli, detti timesteps. Ad ogni timestep, un algoritmo numerico — solitamente simplettico, ossia tale da garantire la conservazione dell’energia e del momento angolare — aggiorna la posizione e la velocità di ciascun corpo, evitando che gli errori di calcolo si propaghino fino a condurre a risultati inattendibili. Il processo verrebbe iterato per tutto l’arco della simulazione, così da ottenere un modello evolutivo del sistema. Tuttavia, un singolo modello non sarebbe sufficiente a descrivere interamente il moto orbitale di questo: si dovrebbero valutare altri possibili trend sul lungo periodo in funzione di nuove condizioni iniziali, leggermente perturbate rispetto alla configurazione di riferimento. Realizzando un set di simulazioni parallele, si potrebbero allora identificare quali modelli producono orbite provvisoriamente regolari e quali orbite divergenti. L’esito sarebbe pertanto una sorta di “mappa dei rischi” del sistema, utile per distinguere tra epoche stabili ed epoche caotiche al fine di stimare la probabilità di sopravvivenza degli abitanti del pianeta in assenza di interventi preventivi.

Per non soccombere al sopraggiungere delle “Ere del Caos”, i trisolariani avrebbero due strade: l’adattamento biologico o la modifica della dinamica del sistema. Come già evidenziato dallo stesso Liu,  una strategia fisicamente plausibile consisterebbe nell’aumentare la resilienza della civiltà ai bruschi mutamenti delle condizioni planetarie. Se nel romanzo l’autore agisce sul livello di resistenza corporea, con gli alieni che si disidratano nelle fasi di congelamento o surriscaldamento climatico per ridurre il metabolismo energetico al minimo, nella pratica converrebbe puntare sullo sviluppo di una tecnologia avanzata in grado di trasferire periodicamente la popolazione fuori dal pianeta. Si potrebbero perciò progettare degli habitat artificiali mobili nello spazio circumstellare, dotati di un meccanismo di propulsione a bassa spinta che li faccia “scivolare” da una regione a basso rischio all’altra tra quelle individuate nella mappa. Al contrario, tentare una forma di ingegneria orbitale — magari capace di sfruttare la pressione di radiazione stellare o di indurre un forte campo magnetico attorno al pianeta — allo scopo di spostare uno o più soli su un’orbita sicura si dimostrerebbe un’opzione meno facilmente percorribile. Attuare delle manovre di riallocazione sarebbe infatti più efficace e vantaggioso per la civiltà trisolariana, che imparerebbe a convivere con il caos basandosi sulla conoscenza statistica del sistema, piuttosto che eliminarlo.

Forse, riuscendo a provvedere a sé stessi, i trisolariani non avrebbero avvertito l’urgenza di contattare la Terra e molte vite sarebbero state risparmiate. Chissà…

Nus, 3 febbraio 2026

 

Astroglossario

meccanica celeste: ramo dell’astrofisica che studia il moto dei corpi astronomici e l’evoluzione dinamica dei sistemi da essi formati, utilizzando le leggi della meccanica  newtoniana e della relatività generale.
problema dei due corpi: descrizione del moto di due masse soggette a interazione gravitazionale in meccanica celeste. Grazie alle simmetrie del sistema e alla conservazione dell’energia e del momento angolare, il problema si riduce allo studio di un moto in un campo centrale ed ammette perciò una soluzione analitica completa.
problema dei tre corpi: estensione del problema dei due corpi, in cui tre masse interagiscono simultaneamente tra loro sotto la reciproca attrazione gravitazionale. Le equazioni del moto risultano non lineari e accoppiate, rendendo in questo caso impossibile una soluzione analitica generale. Piccole variazioni delle condizioni iniziali tendono infatti a produrre evoluzioni molto diverse nel tempo, favorendo un comportamento caotico e limitando fortemente la prevedibilità a lungo termine.
simulazioni numeriche: tecnica computazionale atta allo studio dell’evoluzione di sistemi fisici complessi, la cui dinamica non ammette soluzioni analitiche generali. Consistono nel calcolare iterativamente posizioni e velocità dei corpi a intervalli di tempo discreti, e nell’aggiornare ad ogni passo lo stato del sistema mediante le equazioni del moto.

 

Riferimenti bibliografici

Cixin Liu, Il problema dei tre corpi, traduzione di Benedetta Tavani, Mondadori, 2017 

Internet Speculative Fiction Database: Liu Cixin, Il problema dei tre corpi, tutte le edizioni

The Big Idea: Cixin Liu, Whatever, dialogo tra l’autore cinese e lo scrittore statunitense John Scalzi, 11 novembre 2014, in inglese

Giovanni De Matteo, recensione all’edizione italiana de Il problema dei tre corpi, Fantascienza.com, 3 marzo 2018

Alpha Centauri Stellar System, 13 giugno 2023, NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab, visualizzazione scientifica del sistema triplo, in inglese

A cura di Vito Lamorte, “La Sampdoria ispira Il problema dei tre corpi: come una squadra di calcio può dare l’idea per una serie tv”, Fanpage.it, 2 aprile 2024

N-Body Simulator – Interactive 3 Body Problem & Gravitational Dynamics, Triscolarchaos.com, visualizzatore 3D in real time, in inglese

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