难倒无数科学天才的三体？
牛顿世纪问题
自从牛顿提出万有引力定律以来，人们很容易计算出宇宙中两个天体在引力作用下的运动，并得到它们的轨道。但是如果有第三个天体，情况就完全不一样了，三个天体之间的关系非常复杂，很难解决。天体多了，问题就复杂了。
在实际的星空中，天体系统往往是由许多天体组成的。比如太阳、地球、月球构成“三体”，太阳、冥王星、冥王星的卫星“卡戎”也构成“三体”。只有两个天体组成的系统很少。但是在计算这些恒星的轨道时，可以根据两个天体的情况来计算。比如计算地球轨道时，不需要考虑月球的影响；计算月球绕地球的轨道，不用考虑太阳的影响。
但是，如果真的需要第三方的影响力，怎么算呢？牛顿攻克了两体问题后，立即开始研究三体。但由于难度大，即使头疼欲裂也找不到答案，所以谨慎的牛顿在这个问题上没有留下任何论述。
实际上，计算三体运动的轨迹已经大大简化了物理现实，只需要考虑粒子的运动方程，不需要考虑其他因素。科学家在研究天体运行轨迹时，通常将天体视为一个具有质量的点，称为“质点”。但是，只要研究实际的地球运动，就比质点复杂得多。地球不是一个点，甚至不是一个球体。好像是一个椭圆体，赤道上有一个胖圆。所以在月球引力下，地球自转轴的方向并不固定，所以北极星不会一直是那一颗(天文学家已经推算出，4800年前，北极星不是现在的大熊座α星，而是天龙座α星；在未来，公元4000年左右，仙王座伽马星将成为北极星；到14000年，天琴座的阿尔法星织女星将获得北极星的美誉。在考虑潮汐作用时，地球不能算“硬”，地球自转越来越慢。如果把这些问题都考虑进去，那么没有一个方程能准确计算出地球的运动。
然而，即使是极度简化的三体，从牛顿时代开始，在随后的200多年里，欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、庞加莱等数学大师绞尽脑汁，也未能攻克。
费尽周折才找到一个特别的解决办法
由于三体难以求解，人们开始尝试解决一些简化的三体问题，即所谓的限制性三体。我们考虑一种情况:两个大质量天体(如太阳和地球)相互绕转，第三个天体的质量可以忽略不计，但这个小天体受到两个大天体引力的影响，是受限三体运动。18世纪的法国数学家拉格朗日在这个问题上做出了突破性的贡献。他研究了椭圆轨道的所谓限制性三体，椭圆轨道是宇宙中天体的一种常见轨道。
在1767 ~ 1772期间，拉格朗日获得了限制椭圆轨道三体运动的五个特解，计算了三体系统中的五个所谓“拉格朗日点”。如果一个物体放在三体系统的拉格朗日点上，它将保持相对静止。
这五个拉格朗日点简称为L1-L5。其中，L1-L3位于两个大天体的连线或延长线上，L1-L3是不稳定的，即如果此时的物体由于外界扰动而偏离了这个位置，就不会再回到这个位置，而是逐渐远离。L4和L5分别位于较小天体环绕较大天体的轨道上，与两个较大天体形成一个非常稳定的等边三角形。当时由于观测条件所限，无法验证这一计算结果。然而，100多年后，天文学家在太阳系中发现了一个例子，那就是特洛伊小行星群。这些小行星分为两组，分别位于木星-太阳系统的L4和L5上，刚好与木星和太阳形成两个等边三角形。大自然真是太神奇了！
20世纪80年代，天文学家发现土星的卫星系统中有几个类似的等边三角形。进一步发现自然界中的各种运动系统(包括微动)都存在拉格朗日点。即使在地月系统中，在月球轨道上，也有两个很薄的气体云在两个位置，前面60度，后面60度，与地球和到月球的距离都是等边三角形。两团云带着月亮绕着地球转，永远保持着这种与地球和月亮的等边三角形关系。
三体系统的“蝴蝶效应”
拉格朗日找到了几个有限的特解，那么三体能找到通解吗？1885年，热爱数学的瑞典国王奥斯卡二世悬赏解决太阳系稳定性问题，其实是三体的变种。来自法国的33岁青年学者庞加莱接受了这一挑战。因为这个问题太复杂了，他决定从拉格朗日这样相对简单的限制性三体入手，试图突破特解，找到普适的通解。
但在研究过程中，庞加莱发现这几乎是不可能的。经过三年的努力，他断定这个问题不能彻底解决，决定到此为止。庞加莱将自己的研究成果发给论文评审委员会，并在论文开头写了一句话:“群星不可超越。”
庞加莱没有解决三体，但他仍然因为在这个问题上的贡献获得了1888瑞典国王奖。
这还没完。在后续的研究中，庞加莱发现三体的根源在于，在三体系统中，只要一个天体的初始数据由于引力的相互干扰而稍有变化，后续的情况就可能大不相同，计算结果就会千差万别，从而导致计算结果毫无意义。当时庞加莱试着画了一些运动轨迹，却发现那些图形太复杂太混乱，根本画不出来！
其实这是一个典型的混沌系统，会将初始条件的最小差异无限放大。随着时间的推移，这种最初的变化会使整个系统的运动完全不同，使我们无法计算。就像描述混沌理论的那句名言:“巴西雨林中一只蝴蝶扇动翅膀，可能会在德克萨斯州引起一场龙卷风。”三体也是如此。
混沌理论是20世纪仅次于相对论和量子力学的第三大基础科学成就，但庞加莱通过研究三体证明了系统初始条件的敏感性，这是混沌理论最早的研究。
超乎想象的行星轨道
从牛顿到庞加莱，那些才华横溢的数学家做了各种尝试，最终承认不可能找到三体的一般解，只能找到一个特殊解(特定条件下的特殊轨道)。
但是，特解也很难获得，很难找到任何一种解。空间中三个物体的显示方式有无数种，需要找到合适的初始条件(如起点、速度等。)系统才能回到起点，反复运行。拉格朗日首先提出了一些解决方案，直到20世纪70年代，科学家才在现代计算机的帮助下找到了一些新的解决方案。拉格朗日发现的是三个等距的物体在椭圆轨道上旋转，就像旋转木马一样；新发现的那个叫8字形，3个物体在8字形轨道上互相追逐；还有一个更复杂的。两个天体在轨道里来回横冲直撞，轨迹乱七八糟，但第三个天体在外层自转更有规律。
经过几十年的探索，不久前，科学家们发现了三体更多的特殊解决方案。这些特解的轨道都很奇怪，其中有一个复杂多变，看起来就像一堆乱七八糟的面条，但三体在经过这个乱七八糟的“面条轨道”后，仍然可以从初始条件回到初始状态。
这些奇怪的轨迹在现实宇宙中能找到吗？到目前为止，太阳系中除了拉格朗日计算的三体类型，其他类型都是理论模型。科学家推测，那些奇形怪状的三体系统只能出现在致密的球状星团中，那里的恒星太多了，几乎没有行星的空间，更不用说生命了。作为一部小说，以高超的技术设定三体文明是可能的，但没有科学依据。小说中描述的三体星球上的场景，在宇宙中是不可能的。