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三体是什么,你真懂吗?

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本贴内容转自科普中国


IP属地:广东来自iPhone客户端1楼2015-09-24 16:28回复
      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。


    IP属地:广东来自iPhone客户端2楼2015-09-24 16:29
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        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。


      IP属地:广东来自iPhone客户端3楼2015-09-24 16:29
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          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。
          我们常说的 " 三体问题无解 ",准确地来说,是无解析解,意思是三体问题没有规律性答案,不能用解析式表达出来,只能算数值解,没有办法得出精确值。然而对于三体问题的数值解,时间会无限放大初始的微小误差,因此数值法几乎没有办法预测当时间趋于无穷时,三体轨道的最终命运。而这种对于轨道的长时间行为的不确定性,就被称为 " 混沌 " 现象。


        IP属地:广东来自iPhone客户端5楼2015-09-24 16:30
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            此图为艺术家描绘从 " 三星系统 " 中一颗行星的卫星上看到的情景。这种恒星系统处于极不稳定的混沌运动状态。


          IP属地:广东来自iPhone客户端6楼2015-09-24 16:31
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               ( 2 ) . 拉格朗日 - 欧拉族——三星成三角形,围绕三角形中心旋转。


            IP属地:广东来自iPhone客户端8楼2015-09-24 16:32
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                限制性三体问题
                其实,三体运动已经是对实际物理简化得很厉害了,比如说对质点,球体自转、形状已经统统不考虑了。然而即使是这样,牛顿、拉格朗日、拉普拉斯、泊松、雅可比、庞加莱等等大师们为这个问题穷尽精力,也未能将它攻克。科学发展到现在,三体问题的求解和应用其实就是一部心酸的简化史。


              IP属地:广东来自iPhone客户端10楼2015-09-24 16:32
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                  拉格朗日点在深空探测中具有很高的科研价值,主要体现在两个方面:科学观测的极佳位置和深空探测的中转站。位于 L4 和 L5 的航天器能与两个天体保持相对静止,这样非常有利于一些长期的科学观测。而共线拉格朗日点存在着稳定流形与不稳定流形,使得航天器在其上运动时,可不需耗费任何能量地趋近或远离周期轨道,利用这一点,可以为设计行星间的转移轨道提供巨大的帮助。


                IP属地:广东来自iPhone客户端13楼2015-09-24 16:34
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                  【end】 @无名闻天下 @draak718 @菜小渣 申精


                  IP属地:广东来自iPhone客户端14楼2015-09-24 16:36
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