Netflix的《三体》自上个月首播以来，一直备受关注，原因不难理解：这部热门新剧由《权力的游戏》的制片人大卫·贝尼奥夫和D.B.·魏斯，以及编剧亚历山大·伍共同执导，改编自中国作家刘慈欣的畅销科幻小说三部曲。
这两个系列都探讨了量子力学提出的棘手理论，并且在科学方面毫不吝啬。事实上，该系列的名字——标题中的三体问题——涉及一个困扰科学家数百年的无解物理难题。
保罗·萨特，一位理论宇宙学家、屡获殊荣的科普传播者、NASA顾问和美国文化大使，将帮助我们剖析虚构故事背后的真实科学。
真实的三体问题是什么？
三体问题是所有物理学中最原始，也许也是最伟大的未解之谜。尽管我们知道我们可能永远找不到真正的解决方案，但它的存在仍然推动着我们最先进的理论不断发展。
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这个问题最早可以追溯到18世纪初期。艾萨克·牛顿通过认识到引力是一种普适力，彻底改变了我们对物理世界的理解：它导致了从苹果从树上掉落到月球绕地球轨道运行的一切运动。这也是数学物理学上的一大进步。借助一个简单的方程，现在你可以做到看似不可能的事情：预测未来。
例如，如果你知道太空中两个物体的质量以及它们彼此之间的距离，那么你就可以使用牛顿的万有引力定律来精确预测这些物体在未来将如何运动。而且，作为一个额外的奖励，你只需要一支铅笔和大量的纸张就能完成这项工作。
自然而然，鉴于牛顿的洞察力，物理学家们希望将他的技术应用于各种场景。例如，埃德蒙·哈雷爵士就曾成功预测了他同名彗星的再次出现以及1715年日全食的时间。但真实的太阳系往往比两个单独物体相互作用要复杂得多。
难度升级的下一步是解决三个物体的引力运动，这很快被证明是……不可能的。无论他们如何努力，没有人能写出一个简单的公式，以绝对的确定性预测三个物体在引力作用下将如何表现：这就是三体问题的根源。
解决三体问题的努力
几个世纪以来，许多著名的数学家和物理学家，如莱昂哈德·欧拉、约瑟夫-路易斯·拉格朗日和亨利·庞加莱，都曾投入到这个问题中，并取得了不同程度的成功。
例如，欧拉发现，如果所有三个物体都从一条直线开始，你可以找到它们未来运动的一些解。拉格朗日发现，如果其中一个物体比另外两个小得多，你可以找到一些稳定点，在那里第三个物体将保持平衡（这些点现在以他的名字命名为拉格朗日点）。
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它甚至上升到了一场竞赛。1889年，瑞典和挪威国王奥斯卡二世宣布设立一项国际奖项，奖励任何能够解决三体问题的人。庞加莱回应了挑战，最终撰写了一整本书专门讨论这个主题。
尽管他获得了奖项，但他认为自己不配——毕竟，即使写了那本书，他仍然没有解决所有情况下的问题，他沮丧地只找到了一系列丰富的有限解和特例。
混沌理论的兴起
这些数学巨匠们没有意识到他们正在处理一种全新的物理学，一种直到二十世纪中叶我们才认识到的物理学。三体问题是我们最早的、我们现在称之为混沌理论的例子。混沌理论指的是一组特殊的问题，尽管它们可能看起来非常简单，但却完全无法解决。
混沌理论背后的真正问题是所谓的对初始条件的敏感性。例如，如果你对行星的起始点做一点点微小的改变，你最终会得到与你预测的完全不同的轨道组。
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由于无法无限精确地测量任何行星的位置，这种敏感性意味着我们在预测三体问题中物体运动的未来程度方面受到根本限制。
混沌理论现在已成为物理学的一个独立分支，它影响着诸如天气系统和人口动态等看似不相关的现象。
三体问题的新兴趣
除了流行文化，近年来，三体问题在天文学中重新引起了人们对行星宜居性和外星生命问题的兴趣。银河系中的大多数恒星都是双星系统，甚至更多，多年来，天文学家一直认为行星不可能在这些恒星周围以稳定轨道存在。
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但天文学家确实发现了围绕双星运行的系外行星，它们以各种奇特的轨道运行。确定这些行星是否能孕育生命，需要了解其轨道的长期稳定性——这意味着要一劳永逸地解决三体问题。
