科普：三体问题是什么，能不能解？

2015年8月23日，被誉为“中国科幻第一人”的刘慈欣凭借其科幻小说《三体》获得“雨果奖”最佳长篇小说奖，这是亚洲人首次获得雨果奖，也是中国科幻第一次获得世界级的认可。

在小说中，三体叛军通过《三体》游戏向社会传播三体文化，游戏玩家们建立了各种模型来躲避乱纪元、预测恒纪元的到来。在游戏第一关中，一个文明在“三日凌空”中毁灭，玩家哥白尼成功揭示出宇宙的基本结构；游戏第二关，另一个文明毁灭，它最终证明了三体问题无解，人们放弃了徒劳的努力，并确定出全新的走向。至此，游戏的终极目标发生变化，调整为飞向宇宙，寻找新的家园。

《三体》三部曲中有无数让人脑洞大开的经典创意，而它们的创作基础就是天体力学中基本的三体模型。那究竟什么是三体呢，下面我们就来揭开神秘科幻面纱下的科学真相。

什么是三体问题？

1900年，数学家希尔伯特在他著名的演讲中提出了23个困难的数学问题以及两个典型例子，第一个是费尔马猜想，第二个就是所要介绍的N体问题的特例——三体问题。对于20世纪数学的整体发展，这两个例子所起的作用要比23个问题中的任何一个都更加巨大。最终，费尔马猜想在1994年被美国的怀尔斯解决，而三体问题却仍然是数学大厦上的一朵乌云，挥之不去。

三体问题是天体力学中的基本模型，即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律。如下图所示，它们有无数种可能的运动轨迹。最简单的例子就是太阳系中太阳，地球和月球的运动。

三体问题是否有解？

套用小说中数学家魏成的描述：三体问题的真正解决，是建立一种数学模型，使得在已知任何一个时间断面的初始运动矢量时，能够精确预测三体系统以后的所有运动状态。一般的三体问题，每一个天体在其他两个天体的万有引力作用下，其运动方程都可以表示成6个一阶的常微分方程。因此，一般三体问题的运动方程为十八阶方程，必须得到18个积分才能得到完全解。然而，现阶段还只能得到三体问题的10个初积分，远远不足以解决三体问题。