三体问题不可解为什么还要研究

这段时间《三体》电视剧在网上大火，无论是看过原著的还是对科幻不怎么感冒的，都在跟着追。故事里的各种概念也开始迅速破圈，从科幻爱好者走向普通大众。

这里面最重要也是最基本的一个概念就是这部剧的名字 —— 三体。很多人一开始弄不清“三体”是啥意思，具体指什么。其实英文版的名字更直白一些 —— 三体问题（The Three-Body Problem）。

三体问题通常说的是天体力学中的一个物理问题，指的是由三个质点在引力作用下的力学关系，对应到故事中就是那三颗运动毫无规律的恒星。

剧中通过一款“三体游戏”向我们展示了三颗无规律的恒星是如何带来灾难的，这款游戏同时作为人类解开三体之谜的线索贯穿始终。游戏前期的主线任务就是通过各种方式尝试找到三颗恒星的运行规律（也就是解决三体问题）。

但是我们知道，三体问题其实是不可解的，你没办法得到一个完美的答案，它不存在解析解。就是说就算你写得出公式，也算不出精确解，而且结果的误差会随时间跨度的增加指数级变大。

因为三体问题是一个对初值很敏感的混沌系统，类似蝴蝶效应。只要开始时候某个数值变化了一丁点儿（比如计算精度导致的误差），经过一定时间积累后这个变化会迅速放大，最终结果也是天差地别。所谓“差之毫厘，谬以千里”。

关于三体问题不可解这点，随着游戏的剧情推进，剧中也向观众做了说明。

那既然三体问题不可解，为什么还要费尽心思地去研究它呢？

首先从剧中的角度来说，像申玉菲这种 ETO（地球三体组织）里的拯救派，他们是希望通过解决三体问题从而拯救三体文明。

另一种人就是像申玉菲老公魏成那样的数学家，他们在解决三体问题这件事上，可以看做是数学家的一种执著，一种对待难题发自内心渴望解决的痴迷。

其实三体问题虽然没有解析解，但是它是有数值解的，就是你可以针对性的给几个数，然后算出一个解。由于计算上存在不可避免的误差和精度问题，所以我们只能获得一定时间内的不那么精确的结果。这种方法虽然没那么精确，获得的预测结果也只是短期内的，但是你可以通过不断地收集新数据来对结果进行修正。所以理论上来说，以三体人的能力搞个“天气预报”应该不是问题。

但是剧中也说了，三体世界的那个星球是先前 12 颗行星的最后一颗，它将在 150~200 万年后和那 11 颗行星一样被恒星吞噬。所以对三体人来说，三体问题有没有解已经不那么重要了。毕竟无论是数值解还是解析解，都改变不了行星被恒星吞噬的命运。

说完了剧中的原因，我们再从现实角度来看看。

现实中的三体问题最早是牛顿于 1687 年首次提出，虽然后来问题经过了一次又一次的简化，但这一难题还是困扰了包括欧拉、庞加莱、希尔伯特等在内的每一代数学大师。

其中庞加莱率先意识到了对于一般性的三体问题它往往是混沌的，借此混沌理论还成为了后来数学领域的一个新分支。可以说对三体问题的研究，直接促使了数学这个学科的发展。

研究三体问题不仅仅有理论意义，在应用上它也展现出了实用意义。

虽然大部分三体情况都是混乱的，没办法准确预测，但是一些有规律的特殊情况也是存在的。

比如对于相同质量的三个点，其中一个位于中心，另外两个左右对称分布在两边，只要它俩同步围绕中心做圆周运动，那么这个系统就是有规律且稳定的。

同理，也可以让三个点位于等边三角形的三个顶点，然后一起围绕中心旋转。

甚至于再复杂的还有这种八字形的运行方式等等。

研究这些特殊情况有什么用呢？

还记得之前发射的韦伯望远镜么，它目前运行在日地拉格朗日 L2 点附近。太阳、地球、韦伯，这三者组成的就是一个三体系统。由于航天器的质量远小于其他两个天体，且它们三个又处于同一平面，所以这种情况被称为“限制性三体问题”。

除了 L2 点，更靠近太阳的 L1 点常被用来放置太阳探测器。未来，我国的太阳探测器还将利用到 L4 和 L5 点，以便更好地对太阳风暴的传播情况进行观测。

除了日地拉格朗日点，地月拉格朗日点也是一些航天器的常驻地。比如用于地月实时通讯的“鹊桥号”中继卫星，它就运行在地月拉格朗日 L2 点附近。

由此可见，如果没有拉格朗日等人当年在该问题上的研究，我们对太空的探索也无法取得今天的成就。

有时候一道题有没有解并不重要，重要的是寻找答案的过程以及面对它的勇气。就像一次次面对三日凌空的三体人，明知无能为力，但还是坚持不懈拒绝躺平，因为“为自己寻找出路”是每一个文明得以延续和发展的底层逻辑。就像明知被视为虫子的我们无法阻止三体人降临，但是求生的信念使我们依然坚定 ——“虫子从来就没有被真正战胜过”。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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