撰文：布雷利.刘易斯                  2023年9月15

一颗围绕恒星运行的行星？没问题。两颗或多颗行星围绕一颗恒星运行？这是天体物理学中最大的问题之一。（图片：美国宇航局）

三体问题在物理学和数学中是一个出了名的棘手难题，也是自然世界有多复杂的一个例子。两个相互环绕的物体，就像一颗围绕恒星运行的孤独行星，可以用一两个数学方程来描述。不过，再加上个第三者，数学就变得更加困难了。由于每个物体都会因其重力影响其他物体，因此，计算出三个物体的稳定运行轨道，是一项复杂的任务。

现在，一个国际数学家团队声称，已经为这个著名的问题找到了12000个新的解决方案，这是对之前已知的数百种情况的实质性补充。他们的作品作为预印本发表在arXiv数据库中，这意味着它还没有经过同行评审。

300多年前，艾萨克·牛顿写下了他的基本运动定律，从那以后，数学家们一直在研究三体问题的解决方案。没有一个正确的答案；相反，有许多轨道可以在三个轨道物体的物理定律范围内工作。

与我们星球围绕太阳运行的简单循环不同，三体问题的轨道可能看起来扭曲和缠结，就像椒盐卷饼和涂鸦一样。新发现的12000个解决方案也不例外——这三个假设的物体从静止状态开始，释放后，通过引力相互作用拉成各种螺旋。然后，它们从彼此身边掠过，移动得更远，直到被引力接管，它们再次走到一起，一遍又一遍地重复这种模式。

该研究的主要作者、保加利亚索菲亚大学的数学家伊万·赫里斯托夫告诉《新科学家》，这些轨道“具有非常美丽的空间和时间结构”。赫里斯托夫和他的同事使用超级计算机发现了这些轨道，他相信，如果有更好的技术，他可以找到“五倍以上”的轨道。

三体系统在宇宙中很常见；有很多恒星系统有多颗行星，甚至多颗恒星围绕彼此运行。理论上，这些新的解决方案可能对试图解释宇宙的天文学家非常有价值。但它们只有在稳定的情况下才有用，这意味着轨道模式可以随着时间的推移重复，而不会分裂，将其中一个组成世界抛入太空。仅仅因为它们在理论上是稳定的，并不意味着它们能抵抗真实恒星系统中存在的许多其他力量。

赫里斯托夫说：“在对稳定性进行研究后，它们的物理和天文相关性将得到更好的了解——这非常重要。”

路易斯安那州立大学的天文学朱安.佛兰克没有参与这项工作，他对这些轨道是否稳定持怀疑态度。他告诉《新科学家》杂志，它们“可能在自然界中从未实现过。在复杂但可预测的轨道相互作用之后，这样的三体系统往往会分裂成一颗双星和一颗逃逸的第三体，通常是三个天体中质量最小的。”

不管怎样，这些解决方案都是一个数学奇迹。根据赫里斯托夫的说法，“稳定或不稳定——它们具有极大的理论意义。”