比人類高級很多的三體文明,為何也不能預測三體運動?

2021-01-15 艾伯史密斯

三體問題是物理學和數學中的難題,現在我們知道三體問題是無法求精確解的,三體人所在的三體星系有三顆恆星,這三顆恆星相互繞行,他們無法預測三顆恆星的未來。

在大劉的《三體》當中,描述了三體人經歷100多次的文明毀滅後侵略地球,原因是三體人所在的三體星系環境非常惡劣,每過一段時間星球上要麼出現極寒,要麼出現極熱,然後使得整個文明毀滅。

三體人的最後一次文明,終於可以實現星際航行,但是他們也無法解決三體問題;三體問題指的是三個質量、初始位置和速度任意的質點天體,在萬有引力作用下的運動規律。

十七世紀牛頓創立萬有引力定律,二十世紀愛因斯坦建立廣義相對論,理論上天體的運動受物理規律的限制,比如我們可以準確預言某顆彗星下次出現的時間,也可以預言某地下一次出現日全食的時間。

但是上面的情況,均等效於二體運動,也就是只有兩個天體的運動規律,我們很容易建立方程然後求出解;一旦我們再加入一個天體變為三體運動,那麼情況就複雜了,科學家發現三體問題不再像二體問題那樣具有固定的解。

在1885年,瑞典國王設立「N體問題獎」,法國著名科學家龐加萊,利用超高的數學技巧,證明了三體問題沒有通解,他因此獲獎。

這裡說沒有通解,指的是數學上無法描述三體問題未來的發展情況,但是三體嚴格遵循引力定律,所以我們可以利用計算機去逼近三體的未來解。實際當中三體問題更加複雜,因為初始值還會影響三體問題的未來,哪怕是初始值的微小變動,也有可能使未來的參數發生巨大變化。

三體人的星系有三顆恆星,屬於典型的三體問題,他們無法準確預言恆星未來的情況,三體星球是其中一顆恆星周圍的行星,在這顆行星上就如地獄一般,有可能一段時間內適合生命演化,一段時間會出現極寒或者極熱,甚至是一頭扎入某顆恆星當中。

三體問題無解,但是對於一些初始條件特殊的三體問題,甚至是N體問題是有可能存在限制性解的,比如最簡單的就是三顆質量相等的恆星,在引力作用下圍繞同一個點做圓周運動,但是這種理想情況在現實中幾乎不可能出現。

在三體問題提出的300多年裡,類似的限制性解科學家一度只發現三組,然後在2013年,科學家利用特殊的方法,又發現了13組限制性解。

也就是說目前人類只知道16組限制性解,但這些解都是不穩定的,外界稍有擾動就會破壞限制性解。

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