什麼是三體問題？三體問題真的不可解嗎？人工神經網絡找到了辦法

很多人認識三體問題是通過一部著名的科幻小說《三體》而知的。

然而實際上三體問題由來已久。何為三體問題呢？簡單來講，就是三個可視為質點的天體在相互的引力作用下的運動規律問題。而在《三體》小說之中，這三個可視為質點的天體就是三顆恆星。當只有一顆恆星的時候，問題是非常簡單的，就如我們的太陽一般，我們能夠對太陽的運動了如指掌。

而當恆星的數量增加到兩顆的時候，問題一樣容易，這是一個非常常見的雙星系統，兩顆恆星在相互引力作用下的運行規律不需要用到什麼高深的理論，只需要經典力學便可以對這個雙星系統的運行軌跡進行準確的預測。而一旦恆星的數量增加到了三顆，那麼問題就變得非常複雜。

無論三顆恆星的質量、初始位置以及初始速度是什麼樣的，要想精確計算出三體系統的運動規律都是一件幾乎無法完成的任務。

而在《三體》這部小說中，問題更加複雜一點。在小說中，三體人所生活的行星就位於一個擁有三顆恆星的三體系統之中。當三顆恆星全部相互遠離的時候，三體行星就會處於漫長的黑暗和極度寒冷之中，生命會消亡，文明會覆滅。

當三顆恆星中的兩顆或三顆全部靠近三體行星之時，三體星就會成為一片火海，生命和文明同樣會消亡。當三顆恆星忽遠忽近無規則運動時，三體星的白天和黑夜會經常性轉變，文明同樣無法發展。只有當三體星被三顆恆星中的一顆的引力場所捕獲，而其餘兩顆恆星全部遠離的時候，三體星才進入了和地球一樣的規律晝夜階段。

當三體行星被某一刻恆星的引力場吸引，形成了有規律的晝夜更迭，就進入了恆紀元，而其餘的情況都可稱之為亂紀元。

三體星人只能利用恆紀元來發展自己的文明，然而，由於三體問題不可解，人們無法預測恆紀元何時會到來，會到來多久，所以三體星人必須要離開家園，尋找一個永遠處於恆紀元的美麗星球，然後他們就發現了地球。

那麼三體問題真的不可解嗎？三體問題是一個早已有之的經典數學問題，曾經有很多科學家醉心於三體問題的研究，也在這一過程中發展出了很多種不同的計算方法，但沒有一種方法可以準確計算出三體系統的運行規律。不過，科學是不斷發展的，新的算法也會層出不窮，在2015年，一種新的算法似乎為三體問題找到了出路。

這種能夠求解三體問題的新算法被稱為Brutus。

Brutus不僅可以求解三體問題，甚至還可以求解由更多質點組成的多體問題。當然了，三體問題的本質涉及到混沌系統，是沒有通解的。Brutus算法所計算出的結果嚴格意義上來講應該說是近似收斂解，和絕對精確的結果是存在誤差的，不過這種誤差可以被不斷縮小。

然而Brutus算法有一個問題，那就是隨著誤差的縮小和精度的提高，計算量會呈指數級增長，即使是世界上現有的最先進的計算機也會因此而不堪重負。由於計算能力的限制，如果要想預測三體系統下一步的運動模式，需要花費幾個月的時間，這樣的計算速度顯然對解決實際問題的意義不大。直到人工神經網絡的加入使問題出現了轉機。

人類對於人工神經網絡的研究實際上從上世紀八十年代就已經開始了。

簡單來講就是從信息處理的角度對人腦的神經元進行抽象，從而按照不同的連接產生不同的網絡。研究人員通過讓人工神經網絡學習大量的三體數據集，從而使其獲得對三體運動的推斷能力，而相比Brutus算法幾個月的計算而言，人工神經網絡得出結果只需要0.001秒的時間，而且根據數千個計算結果顯示，精確度和Brutus算法非常接近。

人工神經網絡之所以能夠如此迅速得出結果，就在於其並不是對天體系統運行軌跡每一小步的數據都進行計算，而只是通過計算產生的運動而推斷運動的模式，從而得出對未來的預測。如果現實中真的存在著一個三體行星，那麼我們可算是幫他們解決了一個大問題。