《自然》:困扰科学家350年、捧红刘慈欣的三体问题有解了

黄琨

三体

刘慈欣的《三体》近年经过雨果奖、奥巴马的鼎力推广,已经是科幻圈乃至整个文学圈无人不晓的读物。小说中,因为面对3个太阳的无规则运动,三体人不得不逃离居住的星球,侵占最近的宜居星球——地球,推动了后续事件的发生。

《三体》之所以有名,在于它作为一本科幻读物,在好看的同时,也足够硬核。所谓硬核,就是不纯靠想象,而是以科技或科学猜想推动情节,里面大多数内容都有现实的科学道理可依。而故事的起源——“3个太阳”的问题,实际上就是物理学界的“三体”问题。

自牛顿提出运动定律后,精准计算多个天体之间的运动规律成为可能,但此后350年间,有一种特殊情况一直困扰着我们——当存在3个质量相似的天体在相近距离上围绕中心体运动时,它们的运动规律无法精确求解,整个系统就会陷入混乱。

在1900年的第1次数学家大会上,三体问题被伟大的数学家大卫·希尔伯特列为和费马大定理并列的问题,如今费马大定理已经解决,但三体问题仍然困扰着科学家们。

不过,一个由希伯来大学拉卡物理研究所的天体物理学家尼古拉斯·斯通(Nicholas Stone)博士领导的国际团队在解决这个难题上迈出了一大步。

最新一期《自然》杂志的文章《对混乱、无层次的三体问题的统计学解决方法》(A statistical solution to the chaotic, non-hierarchical three-body problem)概述中写道:

“我们发现了一个是用遍历假设推导出来的无层次三体问题的统计学解决方案,当给定守恒的运动积分时,它提供了封闭性的分布结果(例如,二元轨道元素)……我们将结果分布与数值三体积分的大集合进行比较,发现了很好的一致性。”

这一研究成果来源于过去2个世纪的发现,即不稳定的三体系统最终将驱逐三体中的1个,并在剩下的两体之间形成稳定的二元关系。虽然研究团队强调,他们的发现并不代表三体问题的精确解决方案,但这一方案仍然有效,足以让物理学家将复杂过程可视化。

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