比人类高级很多的三体文明,为何也不能预测三体运动?

三体问题是物理学和数学中的难题,现在我们知道三体问题是无法求精确解的,三体人所在的三体星系有三颗恒星,这三颗恒星相互绕行,他们无法预测三颗恒星的未来。

在大刘的《三体》当中,描述了三体人经历100多次的文明毁灭后侵略地球,原因是三体人所在的三体星系环境非常恶劣,每过一段时间星球上要么出现极寒,要么出现极热,然后使得整个文明毁灭。

三体人的最后一次文明,终于可以实现星际航行,但是他们也无法解决三体问题;三体问题指的是三个质量、初始位置和速度任意的质点天体,在万有引力作用下的运动规律。

十七世纪牛顿创立万有引力定律,二十世纪爱因斯坦建立广义相对论,理论上天体的运动受物理规律的限制,比如我们可以准确预言某颗彗星下次出现的时间,也可以预言某地下一次出现日全食的时间。

但是上面的情况,均等效于二体运动,也就是只有两个天体的运动规律,我们很容易建立方程然后求出解;一旦我们再加入一个天体变为三体运动,那么情况就复杂了,科学家发现三体问题不再像二体问题那样具有固定的解。

在1885年,瑞典国王设立“N体问题奖”,法国著名科学家庞加莱,利用超高的数学技巧,证明了三体问题没有通解,他因此获奖。

这里说没有通解,指的是数学上无法描述三体问题未来的发展情况,但是三体严格遵循引力定律,所以我们可以利用计算机去逼近三体的未来解。实际当中三体问题更加复杂,因为初始值还会影响三体问题的未来,哪怕是初始值的微小变动,也有可能使未来的参数发生巨大变化。

三体人的星系有三颗恒星,属于典型的三体问题,他们无法准确预言恒星未来的情况,三体星球是其中一颗恒星周围的行星,在这颗行星上就如地狱一般,有可能一段时间内适合生命演化,一段时间会出现极寒或者极热,甚至是一头扎入某颗恒星当中。

三体问题无解,但是对于一些初始条件特殊的三体问题,甚至是N体问题是有可能存在限制性解的,比如最简单的就是三颗质量相等的恒星,在引力作用下围绕同一个点做圆周运动,但是这种理想情况在现实中几乎不可能出现。

在三体问题提出的300多年里,类似的限制性解科学家一度只发现三组,然后在2013年,科学家利用特殊的方法,又发现了13组限制性解。

也就是说目前人类只知道16组限制性解,但这些解都是不稳定的,外界稍有扰动就会破坏限制性解。