2024-10-17 15:30:11发布:科学之问：三体问题是个什么问题？

发布日期：2024-10-17 15:30:11 阅读:984398 当前热度:650

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近日，美国国家航空航天局与欧洲航天局、加拿大航天局合作发布了韦布空间望远镜拍摄的首批全套全彩宇宙深空图像和光谱数据。这是迄今最遥远、最清晰的宇宙红外图像。这使我们与宇宙的距离又近了一步。

联系到科幻小说《三体》，

三体问题是个什么问题？

接下来，大家就跟着沪小科去和

美国西北大学Pancoe讲席教授、

数学家夏志宏教授

一起聊聊三体问题！

三体问题是个什么问题？

能解这组微分方程就能解决三体问题。

三体问题是现代科学里最古老的问题，这是个数学问题。

三体问题及现代科学的溯源，要从一棵苹果树开始，这棵苹果树还在牛顿当年的农场里，它的后代在剑桥大学的校园里可以看到。

为什么三体问题是现代科学的起源呢？

牛顿最主要的科学贡献都与三体问题有关：牛顿力学、微积分、万有引力定律。这三大发现，开始了天文学的现代科学之路。人们从此可以用科学的方法来研究天体的运动。

这组微分方程是怎么来的呢？

牛顿力学，给定力和加速度的关系；微积分，给定了位置、速度与加速度的关系，我们知道加速度就是位置对时间的二次导数；万有引力，给定了作用力与天体位置的关系。综合在一起，三体运动的问题就变成了一组9维空间的二次微分方程，或者18维空间的一次微分方程。

三体问题真的不可解吗？

这组方程经过几百年的研究，到现在还是没能非常透彻地对整个方程的解有完全的理解。

第一，三体用经典的方法，也就是首次积分的方式，是不可解的；第二，三体的解是存在的。给定初始位置和初始速度，我们可以精确计算在一定时间范围内的解。但超过一定时间范围，或者说遥远的将来，我们是算不出精确解的。

不可解是指以经典的解决方法，不可能找到新的首次积分。

可解是指给定初始位置和初始速度，它的轨道是存在的、确定的。用现代计算机来计算可以非常精确，但这能在一定时间范围内。如果三体，比如太阳、地球、月球，处于一个相对稳定区域，这个时间范围可以很长；如果三体处于混沌区域，那计算的精确度就会很低，时间范围就会很短。

实际的天体的运动真的和《三体》科幻小说描述的一样吗？

按照《三体》上面描述的三体人的文明程度和技术，他们完全可以精确计算三个太阳及所在行星的的轨道，尽管三体混沌现象的存在，决定了三体运动的有一定随机性，但这种随机性需要很长时间才能展现出来。在《三体》小说的时间范围内，没有多少随机成分，三体人完全可以精确计算三个太阳何时出现，现在的地球人都可以算出来。

科幻小说的好坏不在于科学的严谨性。好的科幻小说必须有好的“幻”，或者说好的想象力。

对于韦伯望远镜谈谈您的看法。

望远镜就像人类的眼睛，韦伯的出现，给了我们一双好的眼睛，我们可以看得更多、更细、更远。

为什么非常激动人心呢？从近代天文学的发展来看，是伽利略用望远镜看到了人类以前看不到的东西，从此有了现代天文学和现代科学。上世纪中期，大型望远镜和射电望远镜的出现，大大发展了天文学。现在我们又有了新的工具，可以想象未来的发展。

假如有同学们在考虑学什么，天文学是一个非常好的选择。当初我高中毕业时考大学的第一选择就是到南大天文系。

在偌大的宇宙中，

一个渺小生命体的存在似乎没有意义，

但是人类又在这种无意义中创造出自己的意义。

我们既要仰望星空，也要脚踏实地。

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