什么是三体问题，它真的无法解决吗？|三体|宇宙|开普勒|引力|恒星|行星

这个宇宙中真的存在“双日落”么？

来自宇宙的馈赠：三体

自艾萨克·牛顿以来，三体问题一直是让科学家们陷入困境的物理难题。但它是什么，为什么这么难解决，同名的科幻系列真的有可能存在吗？

一位艺术家关于开普勒16-b及其两个太阳的画作

（图片来源：美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院）

火箭发射。我们最近的恒星邻居。一个Netflix节目。所有这些事情都有共同点：它们必须与“三体问题”进行竞争。但这个棘手的物理难题究竟是什么？

三体问题描述了一个包含三个相互施加引力的物体的系统。佐治亚州瓦尔多斯塔州立大学的行星动力学家Billy Quarles告诉LiveScience，虽然这听起来可能很简单，但这是一个臭名昭著的棘手问题，也是“牛顿的第一个真正担忧”。

在一个只有两个天体（如行星和恒星）组成的系统中，计算它们将如何相互移动是相当直接的：大多数时候，这两个天体将围绕其质心绕一圈运行，它们每次都会回到它们开始的地方。但添加第三个物体，就像另一颗星星一样，事情会变得更加复杂。第三个物体吸引着两个相互运行的物体，将他们从可预测的路径中拉出来。

三个物体的运动取决于它们的起始状态——它们的位置、速度和质量。如果这些变量中哪怕一个发生变化，其变化所导致的运动也可能完全不同。

弗吉尼亚理工学院应用数学家Shane Ross告诉Live Science，“我认为这就像走在山脊上一样。”“一个小变化，你要么向右倒下，要么向左倒下。这两个非常接近的初始位置，它们可能导致完全不同的状态。”

Ross说，物体的运动没有足够的约束来解决方程的三体问题。

但天文学家们已经找到了解决三体问题的一些方案。例如，如果起始条件恰到好处，三个质量相等的物体可以以八字模式相互追逐。然而，当涉及到空间中的真实系统时，这种有效的解决方案是例外。

某些条件下三体问题更容易解析。想想《星球大战》中卢克·天行者虚构的家园塔图因——一颗围绕两个太阳运行的星球。那两颗恒星和行星构成了一个三体系统。但如果行星离得足够远，并且两颗恒星一起运行，就有可能简化问题。

这张艺术家的图像说明了开普勒-16b，这是第一颗直接检测到的双星环行星，它是一颗围绕两颗恒星运行的行星。（图片来源：美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院）

Quarles说，“当在塔图因星期附近时，只要你离中央双星足够远，那么你就会认为这个物体只是一颗非常胖大的恒星。”行星对恒星施加的力量不大，因为它的质量要小得多，因此该系统变得类似于更容易解决的双体问题。Quarles告诉Live Science，到目前为止，科学家已经发现了十几个类似塔图因的系外行星。

但是通常而言，一个三体系统的轨道永远不会真正稳定，因此三体问题不可能真正被成功解决。Quarles说，引力可能会导致三个天体中的两个碰撞，或者它们可能会永远将其中一个天体从系统中甩出——这可能是不围绕任何恒星运行的“流亡行星”的来源。事实上，三体混沌在太空中可能非常普遍，以至于科学家估计，流亡行星的数量可能是我们银河系中恒星的20倍。

当其他方法都失败时，科学家可以使用计算机来计算近似单个三体系统中物体的运动。这使得预测火箭发射到绕地球轨道的运动成为可能，或预测多颗恒星系统中行星的命运。