科技名词

三体问题

three-body problem

定义：由三个质点及其相互引力作用组成的力学模型。

学科：天文学_天体力学

相关名词：二体问题 限制性三体问题 天文学

来源：全国科学技术名词审定委员会

【延伸阅读】

三体问题是天体力学基本模型之一，是求解三个已知质量、初始位置和初始速度，且可以视为质点（即有质量但不存在体积、形状的点）的天体，在相互之间的万有引力作用下将进行怎样的空间运动的问题。

三体问题可以基于我们对宇宙的观察自然而然地引出。例如考察太阳、地球和月球三者的运动，三个天体彼此以万有引力相互吸引，我们假设三个天体都可以视为质点，同时忽略其他星球的引力，那么日—地—月系统的运动问题就是三体问题。

1887年，瑞典国王奥斯卡二世为了庆祝自己的60岁寿诞，赞助了丰厚的奖金，以数学竞赛的方式，公开征求关于太阳系稳定性问题的解答。太阳系稳定性问题即三体问题的一个变形。这是历史上关于三体问题研究的著名事例。

法国数学家庞加莱（Jules Henri Poincaré）根据实际情况，假设日—地—月系统中太阳和地球的质量相对月球极大，以至月球的质量对其他两个天体的运动完全不会造成任何影响（这也就是人们常说的限制性三体问题）。庞加莱的简化虽然与实际情况相符，但没有能够成功地给出完整的解答。在研究过程中，庞加莱发现三体系统的演变往往是混沌的，系统对于初始值异常敏感。换言之，如果初始状态有极小的变化（比如某个天体的初始位置、速度或质量稍有不同），其系统之后的运动状态就会发生天翻地覆的改变。鉴于庞加莱的开创性工作，虽然“不能真正视为对所求的问题的完善解答”，他仍于1888年获得了奖金。

值得一提的是，庞加莱的论文在之后的出版过程中发现了进一步的理论错误，但这一错误却事实上让庞加莱在混沌领域有了更深入的发现。随着人们对于混沌问题的研究，现在已经知道一般的三体问题是无法精确求解的，只有少数几种特殊情况可以被精确地描述。

作家刘慈欣创作的长篇科幻小说《三体》就涉及三体问题。小说中的“三体世界”有三个质量差不多的太阳，因此三个太阳的运动轨迹是完全不可预测的，对于三体人而言，宇宙移民是其文明延续的唯一选择。