三体问题：从牛顿到《三体》的宇宙奥秘

三体问题：从牛顿到《三体》的宇宙奥秘

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科普中国网

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三体问题，这个困扰了科学家几个世纪的难题，不仅揭示了宇宙运动的复杂性，还激发了人类对未知世界的无限想象。从牛顿首次提出这一问题，到现代航天器的轨道设计，三体问题的研究成果正在改变我们对宇宙的认知。

三体问题（three-body problem）是经典力学中的著名难题，研究的是三个天体在引力作用下的运动规律。与二体问题不同，三体系统的运动具有混沌性，难以预测长期的运动状态。

1687年，英国科学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton）在《自然哲学的数学原理》中首次提出这一问题，他发现引入第三个天体后，系统的运动变得极其复杂，无法通过常规方法预测未来的状态。尽管如此，科学家仍然发现了一些特殊解，最著名的是18世纪瑞士数学家莱昂哈德·欧拉（Leohard Euler）发现的三个解（L1、L2、L3）和法国天文学家约瑟夫·拉格朗日（Joseph Lagrange）发现的两个解（L4、L5），它们被统称为拉格朗日点，在这些位置上，天体的运动状态基本上保持平衡。

三体问题揭示了自然界中的混沌现象，相关研究对天文导航和理解天体运动具有重要意义，并推动了数学和物理学的发展。

我国作家刘慈欣创作的科幻小说《三体》正是以三体问题为核心，描绘了一个充满不确定性和危机的宇宙图景，引发了全球读者对宇宙和文明的深刻思考。

图为日地拉格朗日点，由于处于这些位置的天体相对稳定，人造卫星只需极少燃料即可保持相对静止，因此成为部署人造卫星的理想场所，例如詹姆斯·韦布空间望远镜即位于L2点，图像来源：ESA。