火箭发射、我们最近的恒星邻居、一部Netflix剧集。这些事物有一个共同点：它们都必须面对“三体问题”。但这个棘手的物理难题究竟是什么呢？三体问题描述了一个包含三个彼此施加引力的物体的系统。虽然这听起来可能很简单，但它是一个臭名昭著的难题，是“牛顿的第一个真正烦恼”，乔治亚州瓦尔多斯塔州立大学的行星动力学家比利·夸尔斯说。

在一个只有两个物体的系统中，比如一个行星和一个恒星，计算它们将如何围绕彼此移动是相当直接的：大多数时候，这两个物体会大致在它们的质心周围以圆形轨道运行，并且每次回到起点。

但是加入第三个物体，比如另一颗恒星，事情就变得复杂多了。

第三个物体吸引着彼此环绕的两个物体，将它们从可预测的路径中拉出。 这三个物体的运动取决于它们的起始状态——它们的位置、速度和质量。如果这些变量中的任何一个发生变化，结果运动可能会完全不同。

“我把它想象成如果你正在山脊上行走，”弗吉尼亚理工大学的应用数学家肖恩·罗斯说。“一个小小的变化，你可能会向右或向左跌倒。这是两个非常接近的初始位置，可能会导致非常不同的状态。对物体运动的限制不足以用方程解决三体问题。“

但是已经找到了一些解决三体问题的方法。例如，如果起始条件恰到好处，三个等质量的物体可以以8字形模式追逐彼此。然而，对于空间中的真实系统来说，这种整洁的解决方案是例外。某些条件可以让三体问题更容易解析。

考虑塔图因，《星球大战》中卢克·天行者的虚构故乡——一个围绕两颗恒星运行的单行星。这两颗恒星和行星组成了一个三体系统。但如果行星足够远，并且同时围绕两颗恒星运行，就有可能简化这个问题。

这张艺术插图展示了开普勒-16b，第一个直接探测到的环双星行星（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

“当它是塔图因情况时，只要你离中央双星足够远，那么你会认为这个物体就像一个非常胖的星星，”夸尔斯说。因为行星的质量远远小于恒星，所以它对恒星施加的力很小，因此系统变得类似于更容易解决的二体问题。

到目前为止，科学家们已经发现了十几个类似塔图因的系外行星，夸尔斯说。但通常，三个物体的轨道永远不会真正稳定下来，三体问题以一声巨响“解决”。引力可能导致三个物体中的两个相撞，或者它们可能将其中一个物体永远地抛出系统——这可能是不围绕任何恒星运行的“流浪行星”的一个可能来源，夸尔斯说。事实上，三体混沌可能在太空中如此普遍，以至于科学家估计在我们的银河系中可能有20倍于恒星数量的流浪行星。当所有其他方法都失败时，科学家可以使用计算机来近似单个三体系统中物体的运动。这使得能够预测发射进入地球轨道的火箭的运动，或者预测多恒星系统中行星的命运。

有了所有这些动荡，你可能会想知道像Netflix的《三体问题》中那样的行星上是否有任何东西能存活下来，该剧——剧透警告——被困在Alpha Centauri系统中围绕三颗恒星的混沌轨道上，这是我们太阳系的最近邻居。“我不认为在那种情况下，那是生命进化的稳定环境，”罗斯说。这是该节目仍然牢牢留在科幻领域的一个方面。