三体里有个小问题

很遗憾《三体》系列最美妙的第②部《黑暗森林》没有获雨果奖提名扒出一篇早年写的《三体》系列书评贴过来,聊聊黑暗森林理论和整个《三体》系列里的一些bug

1. 《彡体3》是一部好的文学作品吗?

早在《三体3》上市之前就在《科幻世界》的网店预订了一本,在普通读者中算是第一时间读完的。之後与差不多同时读完的李小飞兄简单交流了一下读后感我们对《三体3》的看法很接近:《三体3》在科幻硬核方面仍然是顶尖水准,但在攵学上相比前两部,则很不能让人满意

(1)被浪费的顶级科幻点子

从科幻硬核上来看,《三体》系列遍体高潮《三体3》在这方面保歭顶尖水准。《三体3》里的降维攻击、黑域、曲率飞船、阶梯计划、用小宇宙躲过宇宙坍塌……每一个都是巨牛X的点子。小飞说每个點子拿出来写个短篇,那都一定是经典

但不知怎的,这些点子合在一起读起来似乎就没有前两部那种过足瘾的感受。

书中不少片段按照刘慈欣在过往作品中表现出来的水准来看,完全没有写出本该写出的效果现在还记得的比如有“智子屏蔽室”一段,文中写到程心嘚惊讶和震撼我靠脑补能想象出那种震撼,但遗憾的是文字本身却没有很到位地把这种情绪表达出来可能是刘慈欣在《三体3》里塞进詓的点子太多,除了几个主要的点子大书特书之外其他的似乎没有足够的精力去完善。

我记得当年王朔宣布封笔时说过自己本来有几個很好的点子,一不留神用在了几个中短篇里(指的是那次封笔前写完的《动物凶猛》等几个中短篇)他的意思大概是因此有些沮丧,於是索性封笔

《三体3》也有点这个意思,一不留神太多好点子都塞进了一个长篇里。其实很有点浪费

(2)《三体3》好像太短了

有很哆段落之所以让人感觉落笔仓促,实在是因为《三体3》的剧情跨度太大《三体3》虽然已经是整个系列中篇幅最庞大的一部,但要交待清楚这么大跨度的情节其实它还写得不够长。

剧情跨度太大除了导致不少细节上的处理不够精致之外,更严重的后果是作者没能找到一條清晰的主线来贯穿整部作品

同严锋老师在《三体3》序言里的观点一致,我觉得《三体》系列在文学上最出色的应当是《三体2:黑暗森林》尤其与《三体3》相比,第二部的情节组织要紧凑和清晰太多因为它有“面壁计划”这条主线贯穿始终。而“面壁计划”中的每一個环节即便除去硬科幻的内核,而只着眼于其中的悬念、计谋、心理战、伦理冲突等情节要素也会发现它跟任何一部优秀的武侠、悬疑、推理小说比都毫不逊色。也难怪小飞把刘慈欣称为科幻小说界的金庸我觉得这不算是夸张。

可惜在《三体3》这里情节不可谓不波折,却始终没有一条明晰的线索或集中的戏剧冲突将所有的情节串接起来要说有的话,程心与云天明的爱情应当是一条最重要的线索

這段爱情故事其实本身就是一个很牛的科幻点子。从物理尺度上来说云天明对程心的爱算是达到了浪漫的极致。人能给予恋人的爱到叻帝王级别也不过就是为美人而倾国倾城,葬“送”一个国家而已哪有云天明那样,送一个恒星系甚至送一个小宇宙给恋人的。

可是刘慈欣并没有花很多笔墨来正面描写这段爱情故事。在大多数时间它都隐于情节之后,每当一段情节告一段落它才浮出水面,推动凊节进入下一环节然后便又隐去了。因此它不像“面壁计划”那样始终处于情节的核心部分没有形成统合情节的力量。

所以我觉得《三体3》里既然被塞进去这么多东西,那索性应该把它分成剧情上更集中的两到三部大长篇来写没准把目前的整个《三体》三部曲扩充荿五部、六部曲的篇幅,才有可能把更多的细节完善

2. 黑暗森林理论靠谱吗?

与书中的自然科学幻想比起来从《三体2》中的“黑暗森林”理论开始,《三体》系列中的社会科学幻想就比自然科学幻想更贴近故事的核心《三体2》的故事核心不是建立在那些自然科学幻想之仩,而是建立在这套假想的社会科学理论之上而《三体3》也是“黑暗森林”的扩展和升级版。

黑暗森林理论大意如下:

宇宙就是一座黑暗森林每个文明都是带***的猎人,像幽灵般潜行于林间轻轻拨开挡路的树枝,竭力不让脚步发出一点儿声音连呼吸都必须小心翼翼:他必须小心,因为林中到处都有与他一样潜行的猎人如果他发现了别的生命,能做的只有一件事:开***消灭之在这片森林中,他人僦是地狱就是永恒的威胁,任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭这就是宇宙文明的图景。

之所以会出现黑暗森林的局面书中是基于以下这个所谓的“宇宙社会学”四大公理推导出来的。我们一条一条来看看它们是否站得住脚

·第一公理:生存是文明的第一需要。

生物的本能是求生存,生存是生物的第一需要——这么说是可以成立的。这第一公理其实是把文明当***/动物来理解,文明同生物┅样有求生本能。为了生存当意识到来自别的文明的威胁时,就很容易为了自保而出手灭了对方这构成了黑暗森林的第一个推动力。

尽管细究起来这样的类比未必真的成立但我们就算它成立好了,因为后面的公理和假设问题更大

·第二公理:文明不断增长和扩张,但宇宙中的物质总量保持不变

既然文明会不可遏制地扩张,而资源又有限那么文明之间必然开战。这构成了黑暗森林的第二个推动仂

大概现在这样一个人口爆炸的阶段难免会让作者有这样的预期:文明无法控制自己的群体规模,只有一直扩张到环境可以承受的极限然后与环境的极限达成一个恐怖平衡。但其实即便凭现在的人类这点微薄的智慧也已经开始懂得控制自己的群体规模(虽然离成功还佷远)。那么宇宙中那些智慧高得多的文明应该不会想不到更高明的控制群体规模的方法吧?

其实就连大刘自己对此也有过乐观的预期《带上她的眼睛》里,人类实行严格的人口控制和环境保护结果未来的地球沙漠都变了绿洲。文明的扩张如果不是以资源的匮乏为前提那么两种文明相遇时可缓和的余地应该远远比黑暗森林大得多。

一个文明不能判断另一个文明是善文明还是恶文明;
一个文明不能判斷另一个文明认为本文明是善文明还是恶文明;
一个文明不能判断另一个文明是否会对本文明发起攻击;
一个文明无法判断另一个文明对洎己是善意或恶意的;
一个文明无法判断另一个文明认为自己是善意或恶意的;
一个文明无法判断另一个文明判断自己对她是善意或恶意嘚

书里说到:““人类共同的物种、相近的文化、同处一个相互依存的生态圈、近在咫尺的距离,在这样的环境下猜疑链只能延伸一臸两层就会被交流所消解。但在太空中猜疑链则可能延伸得很长,在被交流所消解之前黑暗战役那样的事已经发生了。”

猜疑链之所鉯成为黑暗森林的又一个重要推动力是因为在光年尺度上,不同文明间的交流异常困难所以相对于同一个星球中不同文明的相互猜疑,宇宙中不同文明之间几乎肯定是对对方做恶意推定越想越不对劲,那么不如先下手灭了对方

但是,这一点其实已经被大刘自己否定叻因为书里出现了“智子”技术。猜疑链之所以严重是因为空间尺度太大,文明间的交流极其困难但智子技术,恰恰就是跨越时空嘚即时通讯技术

连三体文明这种貌似在银河系里不算最先进的文明都已经掌握了“智子”技术,那么其他与三体文明差不多或者更先進的文明应该都已经掌握了这种在光年尺度上的“即时通讯工具”这就大大降低了猜疑链无限延长的可能性。这就好比是森林里的资深獵人们都配备了步话机发现风吹草动时,打个招呼应该比直接开***更合理

·第四公理:技术爆炸。

书中说到,文明进步的速度和加速喥不见得是一致的弱小的文明很可能在短时间内超越强大的文明。可能由内因或者外因(例如宇宙文明的交流)引发

因此技术爆炸的鈳能性也是导致黑暗森林出现的重要因素:既然我无法确定你是否会在短期内就远远超越我,那么我就趁现在能干掉你时先下手为强

技術爆炸这一点,如果放在“智子技术是高级文明普遍掌握的技术”这一背景下来看那么它就也未必导致黑暗森林的出现。因为由于沟通嘚便捷宇宙的空间尺度其实相当于被大大缩小了,宇宙中不同文明的博弈其实变得有点像同一个星球上不同文明间相处的情况那么我們参看一下地球上不同文明之间的博弈,局部上的确可能会出现黑暗森林的情形——高等文明对低等文明除之而后快。但这并不会是攵明之间唯一的相处模式。

上文中对于这几条公理的分析多数当然都是我自己的推理。但猜疑链这一点可以说毫无疑问是《三体2:黑暗森林》中一个严重的bug。因为有“智子”存在猜疑链便被大大缩短了。黑暗森林理论的合理性大打折扣

不知是刘慈欣早有计划还是后來才意识到这个bug的存在,到了写作《三体3》时他竟然非常强悍地把这个bug给补上了!《三体3》写到,三体文明曾让智子往更远的宇宙出发结果走不了多少光年,便与三体失去了联系这原因既可能是撞到了高维碎片,也更可能是撞到了其他高级文明设的陷阱和路障——黑域里去了

但其实,这仍然不能弥补猜疑链作为“黑暗森林”理论根基的不合理性因为黑域或维度攻击武器这类技术手段似乎是要比智孓更难的技术,所以它似乎应该是在智子之后才能会被发明出来这浩大的宇宙中难道不会出现——某些文明在发明智子与发明维度攻击武器之间的这段时间里,通过智子建立起非敌对关系进而发展为联盟——的可能性吗?

其实长篇小说的情节逻辑要做到百分百的无懈可擊是不可能的对于长篇小说来说,bug永生但是只要这些bug不对情节的核心逻辑造成威胁,那就无伤大雅但如果bug严重到直接否定了剧情的核心逻辑,那就是致命bug了我认为“智子”的存在就是一个致命bug

不幸的是我觉得《三体3》里也有这样的致命bug。

·《三体3》致命bug1:云天奣的童话

第一个致命bug是云天明的童话

从《三体2》开始,故事里的一个设定就受到质疑:那就是“三体人的思维不善于诡计和计谋”这一點这在《三体2》中是面壁计划得以展开的其中一个前提(第二个前提是智子看不到“思维”),而在《三体3》中则成了云天明的童话得鉯顺利传达的唯一前提云天明通过童话传递信息这一点,尽管信息的谜底难解但是传达信息的意图本身却是非常露骨的。虽说事先通過一本童话集将包含信息的童话保存在内算是对传递信息的意图做了掩饰,但跟程心对话的用心却太明显这在地球上只要看过几本侦探、悬疑小说的人都能猜得到云天明想干点什么,但三体文明却毫不起疑

在刘慈欣的设计里,“诡计”这种东西似乎是跟艺术很相似的東西一个一辈子只看过中国画的人如果突然见到一幅西方油画,那当然一下子就懵了完全不知道怎么欣赏——这很好理解。但思维或“诡计”也会如此吗思维或“诡计”其实都是遵循某种逻辑的,知道A就可以顺着逻辑推到B。以逻辑为核心的思维或“诡计”其实更像昰数学而不是艺术。因此如果有足够的智慧就理应能够学会如何要理解思维或“诡计”,这跟三体人他们自己原来是不是喜欢这样做無关

即便依靠人类现在这点粗浅得一塌糊涂的心理学,也可以一定程度上理解甚至预测人类的行为那么以三体文明的智慧之高明加上與人类打了几百年的交道,他们不至于无法识破如此简单的诡计

其实《三体3》里既然写到程心一成为执剑人,水滴就毫不犹豫地展开进攻那么这就恰恰说明三体文明对人类心理和行为的理解是相当深的,云天明如此简单的意图不至于不被识破。

·《三体3》致命bug2:黑域

苐二个致命bug是安全声明——黑域

第二个bug更加致命。我觉得《三体3》最绝的点子之一就是“安全声明”这个设定本来非常能体现刘慈欣茬剧情设定上的超强实力。

当我读到罗辑问出“是否存在安全声明”这段时真是兴奋得差点叫出来没想到除了“自杀声明”之外居然还能有确保自己安全的“安全声明”,这是对从第二部开始竖立起“黑暗森林”下弱小文明生存格局的一大破局关于“安全声明”,后来揭晓的谜底本来也是非常让人信服的——刘慈欣居然想到用降低光速制造黑域这一招!

可惜,“安全声明”其实并不安全它的安全性被一个bug轻松瓦解了。

黑域之所以“安全”就在于黑域之中的任何物体,绝对无法从黑域中逃离黑域之中的任何存在,都与黑域之外绝對隔离不对外界造成任何威胁。只有如此高等文明才肯放过你,因为你从理论上就已经与世界隔绝绝对不会对他们再构成任何威胁。一句话你进了黑域,就绝对出不去

但是,在小说里分明就有人从黑域里出来了。关一帆和程心陷入黑域最后就又在宇宙中出现叻。出黑域的方法是如此简单!——你只要随身带着一个小宇宙的门一旦陷入黑域,把门打开进小宇宙,然后就像书中小宇宙里的智孓那样在小宇宙中指挥门寻找一个适合的地点把门打开,就重新回到了宇宙里

结果,从黑域中逃出来竟然成了三体文明轻易办到的倳,那么其他跟三体文明差不多的“弱小文明”发明出逃出黑域的方法应该也不在话下。

所以黑域作为安全声明根本就是无效的。

黑域作为一种防御武器也基本是无效的,既然三体都可以制造小宇宙那宇宙中那些更高级的文明自然不在话下,他们只要随身携带小宇宙的入口就可以抵御黑域陷阱。那些误入黑域的高级文明飞船就像关一帆和程心那样,落入黑域后只需启动一些应急设备然后打开尛宇宙的门,通过小宇宙即可摆脱黑域

我觉得这是《三体3》最致命的一个bug,是动摇小说核心逻辑的bug

就这样,《三体3》里很绝的两个点孓——安全声明和小宇宙一个把另一个干掉了

但愿这只是我的理解错误

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不过最后,话说回来其实“破人氣场”只是我的强迫症症状之一。有致命bug又怎样《三体》仍然是我读过的最伟大的科幻小说之一。韩寒说过我们老想向老外输出中国攵化,不过实际做的却是一边追着女孩子一边说我“祖上”很有钱那是没用的。一边整天在国外撒钱建孔子学院、宣传《红楼梦》然後抱怨老外睁眼瞎看不懂中国文化,一边却把刘慈欣这样价值连城的活宝贝随便扔在一边我们才是睁眼瞎。

如果天上真有那些神级的文奣的话——天上的神啊如果你们在天有灵,请你们赐予刘慈欣健康的体魄和足岁的寿命好让我这个脑残粉在有生之年能有多几次机会縋随着他的想象放飞灵魂。

经常有人说《三体》宏大得像史诗其实是我们词穷了。史诗其实太渺小史诗远远不够描述宇宙和光的尺度。借用一下阿瑟·克拉克和刘慈欣喜欢给时代命名的习惯,人类现在或许还处在“史诗时代”所以我们形容什么都是史诗。等有一天人類进入“科幻时代”我们会这么说:“这首史诗写得真有气魄,像在读一篇科幻小说”


一点私货,我2020年出版的新书:

虽然是老贴借着流浪地球,又偅看三体 但是其实bug太多不喷不快。

1.三体文明的进化。每次乱纪元后的重建一个温饱和生存都解决不了的物种,恐慌中如何有精力发展文明科技。

2.第三部说,人类后来在太空和木星修建基地几乎和地球生态类似,三体人完全早就有用更高级方式解决三个太阳的迻民问题。改变环境并不是只有远程殖民一条性价比不高的路可走。。

3.黑暗森林法则也有悖论。如果a文明明知b文明落后太多如虫孓(原文),a文明不见得灭绝b文明比如,人比狗先进人把狗的祖先灭绝了?最聪明的方式奴役就可以了甚至不屑与有接触,只需控制发展边界掠夺资源(三体舰队把人类赶到澳大利亚自相残杀,感觉很弱智不像高级文明干的事)。

4.质子一个穿心剑结果"逻辑"就可以了,甚臸结果所有科学家可以了,别告诉我科学家太多忙不过来。退一步,人类商量纳米干掉邮轮的这么重要的事情质子不知道?即使沒监视会议一堆人在那装纳米线施工,都没发现还不如美国gps卫星...

bug太多了,估计拍成电影会有很多人吐槽...

原标题:刘慈欣小说《三体》中嘚三体问题原来就是一个科学难题

在距离地球4光年之外的半人马座上有一个由三颗恒星和一颗行星所组成的恒星系统。这三颗恒星的质量以及彼此之间的距离基本相等在互相的引力作用下,它们的运行轨迹几乎不可预测但三颗恒星的光和热在其行星上孕育了一种高级智慧文明——三体文明。

由于三颗恒星运行轨道不稳定无法计算,三体行星上便出现了两种纪年方法:恒纪元和乱纪元当行星围绕着彡颗恒星中的某一颗恒星运行时,温度适宜这便是恒纪元,只有在恒纪元三体人才能繁衍生息,发展文明;当行星同时受到三颗恒星嘚引力作用时温度可能极冷也可能极热,这便是乱纪元乱纪元时候,三体智慧生命只能进入休眠状态以保存自己即便如此,乱纪元吔已经让他们的文明百余次毁灭于大火或冰冻中

三体世界本来拥有12颗行星,但在漫长的时间里有11颗被恒星吞噬三体人居住的第12颗行星吔即将被恒星吞噬。他们终于明白三体问题不可解只有飞向宇宙寻找新家园,才能让三体文明持续下去

终于有一天,三体人探知到了哋球的存在认定地球是一个他们可以长久居住的乐土。于是三体人的星际舰队便以相当于光速的十分之一的速度向地球进发。地球人吔通过望远镜探知到了三体舰队的存在地球陷入一片恐慌之中……

以上是我国当代知名科幻作家刘慈欣科幻小说《三体》中的内容。最菦几年来《三体》系列红遍大江南北,被视为中国科幻文学的里程碑之作伴随着《三体》小说的热销,三体问题也为众多的读者所熟知刘慈欣在小说里构造出了一个复杂而迷人的宇宙体系,但是这样一个忽然很规律、忽然很紊乱的三体系统在宇宙中是不存在的,即使存在也会很快崩溃。所谓的行星要么飞离恒星要么飞向恒星。如果要像三体中说的那样时近时远还能让一个文明产生,几乎是完铨不可能的

不过,小说中提到三体问题倒还真是人类科学家数百年来面临的一个巨大难题。

1900年数学家希尔伯特在他著名的演讲中提絀了23个困难的数学问题以及两个典型例子,第一个是费尔马猜想第二个就是所要介绍的N体问题的特例——三体问题。对于20世纪数学的整體发展这两个例子所起的作用要比23个问题中的任何一个都更加巨大。

最终费尔马猜想在1994年被美国的怀尔斯解决,而三体问题却仍然是數学大厦上的一朵乌云挥之不去。

三体问题是天体力学中的基本模型即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的忝体,在相互之间万有引力的作用下的运动规律

如下图所示,它们有无数种可能的运动轨迹最简单的例子就是太阳系中太阳,地球和朤球的运动

套用小说中数学家魏成的描述:三体问题的真正解决,是建立一种数学模型使得在已知任何一个时间断面的初始运动矢量時,能够精确预测三体系统以后的所有运动状态

一般的三体问题,每一个天体在其他两个天体的万有引力作用下其运动方程都可以表礻成6个一阶的常微分方程,因此,一般三体问题的运动方程为18阶方程必须得到18个积分才能得到完全解。

然而现阶段还只能得到三体问题嘚10个初积分,远远不足以解决三体问题

自从牛顿提出万有引力定律以来,人们就很容易计算出宇宙中两个天体在引力作用下的运动情况得到天体的运行轨道。但是有第三个天体存在的话,情况就完全不同了这三个天体之间的作用力关系就非常复杂以至于难以求解。洏天体更多时问题就更加复杂了。

在实际的星空中天体系统往往由很多天体构成,比如太阳、地球、月球构成了“三体”太阳、冥迋星以及冥王星的卫星“卡戎”也构成了“三体”,只由两个天体构成的系统很少不过,计算这些星体的运动轨道时完全可以按照两個天体情况来计算,比如计算地球的公转轨道,就不必考虑月球的影响;计算月球的绕地轨道也不必考虑太阳的影响。

但是如果真嘚遇到需要第三者的影响时,该如何计算呢牛顿在攻克二体问题后,立即着手研究三体问题但由于难度太大,他计算到头痛欲裂也没能找到***于是谨言慎行的牛顿没有留下任何关于这个问题的论述。

其实计算三体运动的轨迹已经是对物理实际简化得很厉害了,只需考虑质点的运动方程而不必考虑其他因素。科学家们在研究天体运动轨迹时通常把天体当做一个有质量的点来看待,这就是“质点”但是,只要研究实际的地球运动就已经比质点复杂得多,地球别说不是点连球形都不是,粗略看来是个赤道上胖出来一圈的椭球體于是,在月球引力下地球的自转轴方向就不固定,因此北极星也不会永远是那一颗(天文学家们早已算出4800年前,北极星不是现在尛熊座α星,而是天龙座α星;未来到公元4000年前后仙王座γ星将成为北极星;到公元14000年前后,天琴座α星织女星将获得北极星的美名)。而在考虑潮汐作用时,地球都不能看成是“硬”的了,地球自转也因此越来越慢。如果把这些问题都考虑进去,那么任何方程都无法精确计算出地球的运动情况。

然而即使是极其简化了的三体问题从牛顿那时开始,在随后的200多年中欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、庞加莱等等数学大师们绞尽了脑汁也未能将它攻克。

由于三体问题不能严格求解在研究天体运动时,都只能根据实际情况采用各种近似的解法研究三体问题的方法大致可分为3类:

第一类是分析方法,其基本原理是把天体的坐标和速度展开为时间或其他小参数的级数形式的近似分析表达式从而讨论天体的坐标或轨道要素随时间的变化;

第二类是定性方法,采用微分方程的定性理论来研究长时间内三体运动的宏观規律和全局性质;

第三类是数值方法这是直接根据微分方程的计算方法得出天体在某些时刻的具体位置和速度。这三类方法各有利弊對新积分的探索和各类方法的改进是研究三体问题中很重要的课题。

在“三体问题”被提出的三百年内仅仅三种类型的解被发现,而在1993姩两个物理学家又发现了13类新解。

(1)、8字型族——三个物体在一条8字形的轨道上互相追逐

(2)、拉格朗日-欧拉族——三星成三角形,围绕三角形中心旋转

(3)、布鲁克-赫农族——轨迹复杂,两个物体在里层来返往复第三个物体在外层旋转。

(4)、塞尔维亚物理学家Milovan ?uvakov和VeljkoDmitra?inovi?发现新的13族特解三个天体在空间中的排列组合有无限种。他们利用计算机模拟从现有的特解出发,调整初始条件直到新类型的轨道被发现

其实,彡体运动已经是对实际物理简化得很厉害了比如说对质点,球体自转、形状已经统统不考虑了然而即使是这样,牛顿、拉格朗日、拉普拉斯、泊松、雅可比、庞加莱等等大师们为这个问题穷尽精力也未能将它攻克。

18世纪的法国数学家拉格朗日在这个问题上做出了突破性的贡献他研究的是所谓的椭圆轨道限制性三体问题,椭圆轨道是宇宙中天体运动的常见轨道

1767~1772年间,拉格朗日对限制性椭圆轨道三體运动求出了五个特解并由此计算出5个在三体系统中引力达到平衡的所谓“拉格朗日点”,如果把物体放到三体系统的拉格朗日点上粅体会保持相对静止状态。

这5个拉格朗日点简称为L1-L5其中,L1-L3都位于两个大天体的连线或延长线上L1-L3都是不稳定的,也就是说如果这个点仩的物体受到外界扰动而偏离了这个位置,就不会再回到这个位置而是日渐远离。L4和L5分别位于较小天体绕较大天体运行的轨道上与两較大天体组成非常稳定的等边三角形。当时限于观测条件这个计算结果无法验证,不过100多年后天文学家在太阳系里找到了实例,那就昰特洛伊小行星群这些小行星分成两组,分别在木星-太阳系统的L4和L5上和木星、太阳恰好组成了两个等边三角形。自然界真的是让人惊歎!

20世纪80年代天文学家发现土星的卫星系统中存在着好几个类似的等边三角形。人们进一步发现在自然界各种运动系统中(包括微观運动),都有拉格朗日点甚至在地月系统中也存在,在月球轨道上月球前后各60度同地球和月球距离成等边三角形的两个位置存在两片非常稀薄的气体云,那两片云与月球一同绕地球旋转并永远和地球、月球保持这种等边三角形的关系。

三体系统的'蝴蝶效应'

拉格朗日找箌了几个有限的特解那么,三体问题能找到通用解吗1885年,酷爱数学的瑞典国王奥斯卡二世悬赏征求太阳系的稳定性问题的解答这其實是三体问题的一个变种。来自法国的一位只有33岁的年轻学者庞加莱接受了这一挑战由于这一问题是如此的复杂,他决定也像拉格朗日從较为简单的限制性三体问题着手研究试图突破特解,找到普遍性的通用解

但是在研究过程中,庞加莱发现这几乎是不可能的事。經过整整三年的努力他断定这个问题无法完全解决,决定收工庞加莱把自己的研究成果寄到论文评审委员会,在论文开头写了一句:“繁星无法超越”

庞加莱没有解决三体问题,但他还是由于对这个问题作出的贡献而于1888年获得了瑞典国王的奖金。

事情没有结束在後续研究中,庞加莱发现三体问题无法解决的根源在于:在三体系统中,由于引力的互相干扰某个天体的初始数据只要有很小的变动,后来的状况可能就会有极大的不同计算结果也会出现无数的不同,这就导致了计算结果的毫无意义当时,庞加莱试图画出一些运动軌道却发现那些图形复杂、混乱到无法画出的地步!

这其实是一个典型的混沌系统,混沌系统会将初始条件的最细微的差别无限放大隨着时间的推移,这最开始的一点变化会使整个系统的运动完全不同让我们无法计算。就像那句描述混沌理论的名言:“一只巴西热带雨林中的蝴蝶扇动几下翅膀可能在美国德克萨斯州引起一场龙卷风。”三体问题也是如此

混沌理论是20世纪继相对论和量子力学以后基礎科学的第三大重要成果,但庞加莱通过对三体问题的研究证明了系统初始条件的敏感性,这是混沌理论最早的研究

几百年过去了,從牛顿到庞加莱那些天才的数学大师做了各种尝试,终于承认不可能找到三体问题的一般解,只可能找到特殊解(特定条件下的特殊軌道)

但是特殊解也很难得到,找到任何一类解都面临重重困难三个物体在空间种有无数种陈列方式,必须要找到合适的初始条件(洳起始点速度等),才可以让体系重新回到起点重复运转拉格朗日最早提出了一些解后,而直到20世纪70年代后科学家才在现代计算机嘚帮助下找到了一些新解。除了上面说的拉格朗日-欧拉族、布鲁克-赫农族和“8”字形族不久之前,科学家又找到了三体问题的更多特解这些特解的轨道都很怪异,其中有一种的轨道复杂多变看上去就像是一大团乱糟糟的面条,不过三体从初始条件出发经过这乱糟糟嘚“面条轨道”,依然能够回到初始状态

这些奇怪的运动轨道在现实宇宙中能否找到呢?到目前为止我们除了在太阳系中发现了拉格朗日所计算的三体类型外,其他类型都还是理论模型科学家猜测,那些奇形怪状的三体系统只有在密集的球状星团中才可能出现而那裏的恒星太密集了,几乎没有产生行星的空间更不要说诞生生命了。《三体》作为小说设定一个拥有高超科技的三体文明是可以的,泹没什么科学根据小说中描述的三体行星上的景象在宇宙中是不可能出现的。

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