世界资讯：什么是三体，三体问题的多种解决方案

2023-02-07 06:32:53 来源：东方资讯

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1687年，艾萨克・牛顿发表了他的《原理》，其中包含了运动和引力方程，它将我们看似飘忽不定的宇宙变成了一个可预测的机器。鉴于太阳系天体的当前位置和速度，牛顿方程原则上可用于计算它们的过去和未来。我在这里加上了“原则上”是因为事情并没有那么简单。

尽管牛顿引力方程很美，但它们只在一种情况下为行星运动提供了一个简单的解决方案：当且仅当只有两个物体在没有其他引力的影响下相互绕行。如果再添加一个物体，那么在大多数情况下，所有的运动都会从根本上变得混乱。这就是三体问题，它已经有300年的历史了。

简介

在《原理》出版之后，许多人为更复杂的系统寻求简单的分析解决方案，下一步自然是三个引力体的系统。但是，即使是一个额外物体的影响，似乎也使得一个精确的方案变得不可能。三体问题成为许多伟大数学家的困扰，在1980年代后期，数学家恩斯特・布伦斯和亨利・庞加莱令人信服地断言，不存在一般的解析解。

三体问题的实际情况是，几乎所有起始构型的演化都受混沌动力学支配，未来状态高度依赖于初始微小条件的变化。轨道趋向于狂野和不可预测的模式，几乎不可避免地有一个天体最终从系统中弹出。尽管有明显的绝望，但学习预测多体的运动还是有好处的。自牛顿以来的三个世纪的大部分时间里，预测行星和月球的运动对于航海导航至关重要，现在它对太空旅行至关重要。近似解

因为三体问题大部分没有有用的解析解，所以我们可以尝试寻找近似解。例如，如果物体相距足够远，那么我们可以将多体系统近似为一系列二体系统。这就像我们太阳系的每颗行星都可以被认为是一个与太阳一起的二体系统，并导致了一系列简单的椭圆轨道，就像开普勒所预测的那样。但由于行星之间的相互作用，这些轨道最终也会产生一些变化。

另一个有用的近似解是，当三个物体中的一个物体与其他两个物体相比质量非常低时，我们可以忽略较小天体的微小引力影响，并假设它在其较大同伴的完全可解的二体轨道内移动。我们称之为简化的三体运动，它适用于地球周围的人造卫星等微小物体，它也可以用来近似月球相对于地球和太阳的轨道，或地球相对于太阳和木星的轨道。这些近似解很有用，但还是无法完美预测。即使是最小的行星体也有一定的质量，而整个太阳系也有许多大质量的成分。在我们加入地球之前，太阳、木星和土星本身就自动成为一个没有解析解的三体系统。

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