困扰科学家300余年的“三体问题”

深蓝色的畅想

自牛顿提出“三体问题”的300多年以来，科学家仅仅发现“三体问题”的三类周期轨道。为什么“三体问题”周期轨道如此难找？1890年法国科学家庞加莱发现，三体系统的运动轨道对初始条件非常敏感，任何微小扰动都会迅速增长，造成轨道很大的偏离；他还发现，三体系统各个星球运动的轨道通常不是周期性的，没有解析解。1963年，美国科学家劳伦茨提出著名的“蝴蝶效应”来形容这种轨迹对微小扰动的敏感性。这种敏感特性的发现，标志着混沌动力学的诞生，它与量子力学、相对论被认为是20世纪最伟大的三大物理理论之一。

在小说《三体》中，“三体人”生活的行星在一个由三颗恒星组成的三体系统中运行，这三颗恒星的运动毫无规律，“三体人”的天空时常同时出现二个、三个太阳或者一个太阳也没有，导致“三体人”的星球不定期发生生命灭绝，“三体文明”不断毁灭与重生。事实上，“三体问题”的混沌性质，也正是科幻小说《三体》中“三体文明” 不断毁灭的科学依据。

理论上讲，正是因为“三体问题”本质上的混沌性，导致采用传统的数值方法很难在一个较长时域内获得三体系统的准确轨道。众所周知，任何数值计算都存在误差。但2006年劳伦茨发现，数值误差同样会导致混沌系统的轨迹迅速偏离，任何算法都不能获得收敛的混沌轨迹。因此，即便在计算机性能达到每秒100亿亿次量级的2013年，塞尔维亚科学家舒瓦科夫和什诺维奇采用传统数值方法也仅发现“三体问题”11类周期轨道。