《三体》小说中的原来是一个科学难题,为什么无法解决
如果说近几年国内科幻小说那么我们一定会聊到《三体》,作者刘慈欣也因为这本小说从一个默默无闻的人而成为了全民热议的人物,《三体》本身也得到了雨果奖和星云奖的认可,今天我们就来看看小说当中提到的三体人以及他们所处环境的问题我们人类是否能解决?如何解决?
提到三体人他们与我们地球人所处的环境不相同,地球所处的环境是围绕这一个恒星(太阳)做运动的,然而三体星则拥有三个太阳。由于三个太阳之间的万有引力定律,刚好形成了一个三体问题,我们都知道牛顿的万有引力定律可以完美的推出星系间运动的规律,但是三体问题如果通过万有引力定律则会很崩溃。
由于三体星球运动的不稳定性带来了气候的不稳定性,物种的混乱,而且完全无法预测未来的天气走向。所以三体人只能入侵地球了。
1900年数学家希尔伯特提出了一个例子N体问题的特例——三体问题。这个问题可谓是数学大厦的一朵乌云,如果我们用现如今最快的计算机模拟三体运动他们的模型是这样的。
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万有引力的作用下表示为6个一阶常微分方程,所以一般的三体运动方程为18阶,需要18个积分才可以解开,然而现实是10个积分就已经是极限了。
然而实际上三体问题仅仅是对物理实际简化的结果,现实生活中是无法用简单的质点来模拟运动的,其额外因素非常多。简单的说月球绕着地球的运动现实生活中应该把地球看成一个椭球体,那么月球的引力就不固定了,再考虑到潮汐作用就更加复杂了。
如果计算机模拟三体运动,我们必定要首先建立模型,模型的建立必定存在误差,但是三体是一个混沌系统,所谓的混沌就是当参数初始阶段出现一点点误差的时候,结果会将误差无限的放大,可谓是南辕北辙。简单的将就是一只蝴蝶的翅膀可以卷起狂风巨浪。
数学上讲就是指数爆炸的激增,如果将一张报纸想叠加十几次,那么累加的长度足足可以到达月球,所以计算机的暴力算法在三体问题上也失去了意义。当然三体问题不仅仅指三个行星的问题,还包括了4体5体6体......等等的问题。
如果我们这么悲观那么此篇文章就失去了意义,宇宙是上亿万的星河组成的,如果宏观上来讲宇宙本身就是一个平衡态,所以宏观上的事物我们还是可以预测的,微观上的事物我们也可以了解,只不过夹在两者之间的问题我们还没有办法解决,但是随着现如今量子计算机的诞生以及人类的追求,相信科学的曙光一定会照亮我们的眼睛。
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