三体论文研究

三体论文研究

牛顿的引力理论正确预测两个互相吸引的天体(比如太阳和地球)的运动规律——它们的轨道基本是椭圆形。但如果有3个天体(比如太阳、地球和月球)互相作用，它们的运行轨道有什么规律?这就是著名的“三体问题”。2013年，有两位科学家一口气找到了13组新的周期性特解，震惊了科学界。 “三体问题”的提出可以追溯到17世纪80年代，当时英国物理学家、数学家艾萨克·牛顿运用他的引力理论正确预测两个互相吸引的天体(比如太阳和地球)的运动规律——它们的轨道基本是椭圆形。但如果有3个天体，比如太阳、地球和月球相互作用，它们的运行轨道是什么样的?牛顿没能给出通用的特解答案。简单地说，“三体问题”就是探讨3个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。随后的200多年中，科学家们为解决这个问题绞尽脑汁，直到1887年德国数学家、天文学家海因里希·布伦斯指出，寻找三体问题的通解注定是无用功，只在特定条件下成立的特解才可能存在。1889年，法国数学家、天体力学家亨利·庞加莱将复杂的三体问题简化成了所谓的“限制性三体问题”。但他发现，即使对简化了的限制性三体问题，在同宿轨道或者异宿轨道附近，解的形态会非常复杂，以至于对于给定的初始条件，几乎没有办法预测当时间趋于无穷时，这个轨道的最终命运。而这种对于轨道的长时间行为的不确定性，这被称为“混沌”(chaos)现象。表明了通常情况下三体问题的解是非周期性的。要发现三体问题的周期性特解绝非易事——自“三体问题”被确认以来的300多年中，人们只找到了3组周期性特解。法国数学家、物理学家约瑟夫·拉格朗日和瑞士数学家、物理学家莱昂哈德·欧拉在18世纪得到了一些结果;20世纪70年代，美国数学家罗杰·布鲁克和法国天文学家米歇尔·赫农借助计算机又得到了更多的结果;1993年，美国数学家、物理学家克里斯·摩尔发现一种奇特现象——特解中3个天体的运动似在一条“8”字形的轨道上互相追逐。上述所有这些被发现的特解可以被归结为下面3族:拉格朗日-欧拉族、布鲁克-赫农族和“8”字形族。拉格朗日-欧拉族的解比较简单，就是三个天体等间距地在圆轨道上运动，就像旋转木马那样。布鲁克-赫农族的解比较复杂，两个天体在里面横冲直撞，第三个天体在它们外围做环绕运动。要知道，发现新的特解不是一件容易的事:三个天体在空间中的分布可以有无穷多种情况，必须找到合适的初始条件——起始点、速度等，才能使系统在运动一段时间之后回到初始状态，即进行周期性的运动。2013年，塞尔维亚物理学家米洛万·舒瓦科夫和迪米特拉·什诺维奇发现了新的13族特解。他们在著名学术期刊《物理评论快报》上发表了论文，描述了他们的寻找方法:运用计算机模拟，先从一个已知的特解开始，然后不断地对其初始条件进行微小的调整，直到新的运动模式被发现。这13族特解非常复杂，在抽象空间“形状球”中，就像一个松散的线团。三体问题特解的族数被扩充到了16族。这一新发现令科学界欢欣鼓舞。多年来一直从事三体问题研究的美国科学家罗伯特·范德贝说，“我非常喜欢这一成果”。另一位美国科学家理查德·蒙哥马利说:“这些结果非常美妙，而且描述非常精彩。”中国科学家周海中表示，他们的成果加深了人们对天体运动的了解，促进了天体力学和数学物理的进一步发展，尤其是对人们研究太空火箭轨道和双星演化很有帮助。

关于《三体3》的论文或读后感

轻轻翻动着雪白的书页，细细品味着优美的文字，我被它深深吸引住了，如饥似渴，手不释卷。精彩的内容，跳跃的思维让我的内心受到了巨大的震撼，以至于有点埋怨自己从前的阅读范围是如此的狭窄，像《三体》这样精彩的小说竟未曾发现。
《三体》是一部科幻巨作，是中国科幻文学的里程碑之作，刘慈欣著。虽说也是一部科幻小说，但它却与其他的科幻小说大相径庭，在骨子里就是一本独特的书。举例来说，在大多数小说中，外星人都有着上帝般的形象，对人类亲切至极，会安慰人类，帮助人类，可谁知外星人是善是恶呢？《三体》便一反常态，将外星人刻画成一个合情合理的形象——迫于生存的危机而侵略地球的生物，存在着缺陷，却又十分的合于情理。这一下，就将它们活灵活现地刻画出来。书中还提到一个新的词语——智子。刚开始，我也不明白是什么意思，可随着故事情节的发展，我终于明白，这是一种被三体人（外星人）用我们前所未有的高科技赋予了生命，可随意维度化的微不足道的质子！这想象，真是既天马行空，却又有着科学的依据。我们当中有几个人能够将它想象出来！
这部小说，还有一个引人注目的特别之处，那就是写作的手法。它一改以往习惯的“因为——所以”式写法，使用了“所以——因为”式。说详细一点就是将以往一成不变的先写事情发生前的事，再写事情结果的手法变成先写事情发生后的事，再写事情发生前的原因。中间一些细微的地方又透露着一些隐隐约约的线索，引人深思。读书的时候将这些线索串联起来，再仔细一想，对整件事情的理解便简单明了多了。这就像小孩子拼拼图一样，让读者自己一点一点去探索发现，这真是一种高明的写作手法，让读者能够有充分的空间去想象。

“三体人”有救了！科学家即将解决三体问题，天文学大进步

早在三、四百年前的时候，开普勒就提出了著名的行星运行三大定律，帮助我们理解宇宙天体的运行规律。同时，牛顿的万有引力定律又告诉我们，天体之间的相互吸引，是导致它们如此运行的根源。

在那个时候，我们就知道，当一个小天体绕着另一个大天体公转时，会以椭圆形的轨道运行，并且被计算出运行规律来。

然而实际情况是，当科学家们发明出了强大的望远镜，并且对宇宙进行了大量的观测之后，却发现宇宙中的天体远比这种情况要复杂得多。我们经常可以看到三个天体组成的三合星系统，有的系统中甚至还包含着黑洞。在这种系统中，问题远比想象中要更加严重，这就是著名的三体问题。

两颗天体组成的系统，原本是非常稳定且容易预测的。但是，一旦加入一颗新的天体，那么整个系统将会变得非常混乱。当然，最终这个系统还是会在漫长的岁月里稳定下来，但不是稳定在三体系统，而是以其中一颗天体出逃或者被毁灭而告终。

1889年的时候，著名的数学家亨利·庞加莱证明：在一个三体系统中，我们是无法找到任何公式能够精准地判断其未来所在位置的情况。即便不考虑整个太阳系的复杂程度，即便进行简化，三体问题仍然难以破解。凭借着这篇论文，他也获得了瑞典国王赞助的大奖。

多年以来，科学家们仍然在孜孜不倦地试图简化三体问题。包括科幻作品，也少不了要提及这个问题，比如著名的小说《三体》，也是由此来命名的，其中的三体人也是饱受三颗恒星毫无规律的照耀所困扰。

物理学家们转而开始思考：如果从数学的角度无法预测三体系统中每个天体的位置，我们是否可以从统计学的角度来预测呢？也就是说，这有点类似于量子力学领域的电子云模型，我们可以推测某个天体有多大概率会出现在某个位置上。通过这些天体的各种数据，或许可以帮助我们进行这样的推测。

最近，耶路撒冷希伯来大学的物理学家Barak Kol所带领的一支科学团队，通过新的手段对三体问题进行了简化，从而预言不同的三体系统中最可能出现的结果。而参与了这次研究的智利康塞普西翁大学天文学家Nathan Leigh甚至表示：他认为这个模型是“迄今为止最完美的一个”。

为此，科学家们引入了一个名叫“相空间”的概念（这个概念其实在19世纪初就被提出了）。在他们构想的这个空间内，有三个点代表了三颗天体，每颗天体都有三维的位置、三维的速度以及它们本身的质量（其实就是三维的动量），加在一起就是共计21个维度。

Kol等人对这样的相空间进行了模拟，其起点就是一颗新的天体进入到了此前稳定的双星系统中，然后形成最后的稳定结构，研究人员要追踪的就是这个过程的路径。

对于这样混沌的系统来说，可能出现许多种不同的结果。随着时间的推移，这个系统会发展出各种各样的混沌路径，然后利用计算机对其进行追踪。研究人员可以计算在这个相空间内代表着混沌运动的体积，最后利用统计学的方法计算出其中每个天体被甩出去的概率。

与此同时，他们还根据守恒定律等法则，将这个相空间简化，从21个维度减少到8个维度。对于三体问题来说，简化一直是必要的手段。

实际上，不仅Kol的团队在进行这样的模拟，还有其他一些团队在进行着类似的研究，毕竟三体问题已经是一个公认的难题了。而且，各个团队的成果还在今年1月份发表于arXiv上的论文中来了一场“竞赛”，颇有点当年庞加莱那场竞赛的味道。而目前看来，Kol的结果似乎最有希望胜出。

Kol的团队对不同质量的恒星所组成的三合星系统进行了几百万次的模拟，统计其中每一颗恒星最终被甩出系统的频率。首先，当三颗恒星质量完全相同时，模型的结果也很简单，那就是大家保持公平，每一颗恒星都有1/3的概率狼狈出局。

不过，一旦三者的质量不同，情况就不一样了。

假设在一个三体系统中，三颗恒星的质量分别是太阳的10倍、15倍和20倍。通过模拟，研究人员发现，其中最小的那颗恒星，被甩出系统的频率高达78%。

相比之下，其他的研究团队只能将这个概率计算到70%-87%之间，可见Kol的模型确实更加精确。

不过，这绝不是三体问题的终结，尽管已经在很大程度上做简化了，但科学家们还希望更加简单一些，甚至希望用一个漂亮的数学方程在最大程度上预测三体问题。不过目前来看，科学家们仍然有一段很长的路要走。

困扰人类许久的三体问题，至今仍然没有解，但如果能够从统计学上极大地接近最终答案，也未尝不是一个方法。如果他们能够取得成功，接下来就要在真实的宇宙天体上进行观测和验证。

在密度比较高的恒星团中，单独的恒星闯入双星系统中的情况时有发生，这样的模型可以帮助我们预测这些系统未来的演化路径。在我们的宇宙中，甚至还有包含了黑洞的三体系统。这些系统在“崩溃”的时候，会释放出强大的引力波，这也是观测的好机会。

如果遥远的三体人也能够掌握这种技术的话，或许至少也知道自己该在什么时候“脱水”，以及在什么时候“苏醒”吧……

关于《三体1》的论文或读后感

学术论文是某一学术课题在实验性、理论性、预测性上具有的新的科学研究成果、创新见解和知识的科学记录。学术论文也是某种已知原理应用于实际上取得新进展的科学总结，用以提供学术会议上宣读、交流、讨论或学术刊物上发表，或用作其他用途的书面文件。学术论文就是用系统的、专门的知识来讨论或研究某种问题或研究成果的学理性文章，具有学术性、科学性、创造性、学理性。按写作目的，学术论文可分为交流性论文和考核性论文。

学术论文是对某个科学领域中的学术问题进行研究后表述科学研究成果的理论文章。
学术论文的写作是非常重要的，它是衡量一个人学术水平和科研能力的重要标志。在学术论文撰写中，选题与选材是头等重要的问题。一篇学术论文的价值关键并不只在写作的技巧，也要注意研究工作本身。在于你选择了什么课题，并在这个特定主题下选择了什么典型材料来表述研究成果。科学研究的实践证明，只有选择了有意义的课题，才有可能收到较好的研究成果，写出较有价值的学术论文。所以学术论文的选题和选材，是研究工作开展前具有重大意义的一步，是必不可少的准备工作。
学术论文，就是用系统的、专门的知识来讨论或研究某种问题或研究成果的学理性文章。具有学术性、科学性、创造性、学理性。
基本类别
按研究的学科，可将学术论文分为自然科学论文和社会科学论文。每类又可按各自的门类分下去。如社会科学论文，又可细分为文学、历史、哲学、教育、政治等学科论文。
按研究的内容，可将学术论文分为理论研究论文和应用研究论文。理论研究，重在对各学科的基本概念和基本原理的研究；应用研究，侧重于如何将各学科的知识转化为专业技术和生产技术，直接服务于社会。
按写作目的，可将学术论文分为交流性论文和考核性论文。交流性论文，目的只在于专业工作者进行学术探讨，发表各家之言，以显示各们学科发展的新态势；考核性论文，目的在于检验学术水平，成为有关专业人员升迁晋级的重要依据。

文科生眼中的《三体》——已知的未知

 

“我是谁？”

“我生从何来、死往何处？”

“我对世界意味着什么?”

“是我选择了世界还是世界选择了我？”

“时间是否有长短？宇宙是否有尽头？”

“过去的时间在哪里消失？”

“未来的时间又在何处停止？”

告诉我，这些问题，你们也都想过。

Busy姐刚看完刘慈欣的《三体》。

花了三天的时间，连续着看完了。

让我花一分钟打开脑里的字典，搜索一下词汇，来表达我沉浸其中的最精准的感触。

搜索中……

“震撼”。

没错，就是震撼。

一部涵盖了科学、哲学、历史的科幻小说，深厚的科学知识加上丰富的想象力，将中国上下5000的历史与宇宙150亿年的现实融合在了一起，把人类的生活和想象的生活融合在了一起——世界科幻“雨果奖”，实至名归，当之无愧。

以一个文科生的知识体系通读这个作品，实在颇具挑战性。

人类世界各种不同文明的演化史，需要历史的知识作为基础；人类思想的矛盾和精神的追寻，需要哲学的知识来指引，宇宙大文明系统，需要自然科学的知识作为支撑；微观宇宙中粒子结构的多维视角，需要天体物理学科的知识作为铺垫。

小说里面，哥白尼的日心学说、伽利略的相对性原理、牛顿的力学三定律、冯·诺依曼的量子力学和博弈论、亚里士多德的形式逻辑理论，墨子的东方学派思想，以及牛顿和莱布尼茨的微积分名誉之争，还有周文王、纣王、秦始皇、格里高利教皇等人物形象的刻画，全都巧妙地融合到了各个环环相扣的情节里。

我到现在都说不清原子、质子、中子等元素的核式结构是什么样的，纳米又有什么作用，宇宙文明的点状化思维在我的认知里也是空白的。

以至于我极其后悔当初，没有好好学习科学和物理。

为之意外的是，作为文科生的Busy姐，全程入了迷。

哪怕是自身知识体系缺失的那些部分——关于科学的基础理论与应用分析的阐述，我连标点符号都不愿跳过。

《三体》无疑打破了我对中国科幻小说的固有印象。

既有小说的生动，又有科普的正确；有丰富的想象力，也有论文的严谨。完全技术细节化，没有形而上学的影子。

这是中国科幻小说带给我的惊喜。

我是个科幻迷。

绝大部分的科幻迷，是理科男。

偏偏，我是一个正儿八经的文科女。

喜欢科幻是源于学生时代看过不少的科幻电影。如经典科幻片《盗梦空间》、《黑客帝国》、《2001:漫游太空》、《星球大战》、《E.T.:外星人》、《第五元素》、《楚门的世界》，等等。

不一一列举了。

《三体》是我真正意义上的第一本科幻读物。

小说与电影的不同之处，就在于电影是将精神的东西物化，而小说能给人更多自由的想象空间。这个想象空间，源于读者自身的认知和理解。

不论是电影还是小说，我们对内容的吸收很大程度上取决于我们原有的认知水平，而不只取决于内容本身。

说实在的，我觉得我没有资格写书评，甚至是读后感。

我是无知的。

吸收得越多，越觉得自己孤陋寡闻，越是明白自己的不足。

我的个人知识体系太微小了，阅历太匮乏了，视野太狭窄了，思想太浅薄了。

这三天， 从宏观和微观的角度里，在不同的文化和思想的冲击里，我隐约感到，有些不一样的东西、一些新的东西、从未认识过的东西，在我的脑子里，蔓延、驰骋，为我的眼睛和心灵同时打开了一扇门，挣脱着思想的桎梏。

我又是幸运的。

幸运的是，我站在了一个新的视角，领略到了小说的魅力。

更加幸福的是，我能够自在地阅读，用思想拥抱整个宇宙。

 

Q1: 你相信有外星生物存在吗？

这个问题，不只是天马行空的Busy姐，你们也一定都有想过。

我是个无神论者。

从小，对于不曾亲眼目睹的事物，我是坚决否定其存在的真实性的。比如来自于周遭群体口中的鬼魂与神灵。

政治与哲学专业出身的我，到现在依然坚持马克思主义的无神论原则。

当我开始反复推敲“世上没有不可认识之物，只有尚未被认识之物”这句话，我开始慢慢理解，何为“已知的已知”、“已知的未知”、“未知的未知”。

人不会相信他的世界里不存在的东西，我始终相信。

Q2: 如果存在外星生物，那么宇宙中有共同的道德准则吗？

三体问题，指的是三个质量相同或相近的物体在相互引力的作用下如何运动的问题。到现在已知的是，三体问题不能精确求解，即无法预测所有三体问题的数学情景。

小说以天体物理学的逻辑，揭示了人与自然的联系。

“人之初，性本善”之说，在人类世界都很可疑，放之宇宙，更不可能皆准。

多少在人类看来是正常甚至是正义的行为，从整个大自然的视角看，是邪恶的呢？

人类世界的人明白，人类的道德自觉是不可能的，当人类对人类世界开始绝望，借助人类之外的力量，成为拯救人类唯一的希望。

可即便是在三体世界，一切都是为了文明的生存，生存是一切的前提。

为了整个文明的生存，对个体的尊重几乎不存在，个人不能工作就得死；三体社会处于极端的专制之中，法律只有两档：有罪和无罪，有罪处死，无罪释放；一切可能导致脆弱的精神都是邪恶的，没有文学没有艺术，没有对美的追求和享受，甚至连爱情也不能表露和倾诉，精神生活单一且枯竭。

在三体世界，死亡（脱水烧掉）是微不足道的惩罚。最大的惩罚，是活到失去希望的那一天。

作者刘慈欣认为，零道德的宇宙文明完全可能存在，那么有道德的人类文明如何在零道德的宇宙文明中生存呢？

要回答宇宙道德的问题，只有通过科学的理性思维才能让人信服。

我开始期待第二部《三体II黑暗森林》——“城市就是森林，每一个男人都是猎手，每一个女人都是陷阱。”

Q3: 基础科学重要，还是应用研究重要？

这个问题，等同于——理论重要，还是实践重要？

实践是检验真理的唯一标准。这是马克思主义的最基本的原则之一。

物质深层结构的研究是其他一切科学基础的基础。基础科学上说，物理规律在时间和空间上是均匀的。

然而，当人类历史上的所有物理学理论，从阿基米德原理到弦论，以至人类迄今为止的一切科学发现和思想成果，统统被实践所推翻。

当超自然的力量建造了一个科学逻辑无法解释的宇宙，当三体文明在地球成为宗教信徒的崇拜对象，当非科学思维压倒科学思维，导致整个科学思想体系崩溃。

一切的一切都导向这样一个结果： 物理学从来就没有存在过，将来也不会存在。

这意味着什么？

这意味着，宇宙普适的物理规律不存在，那么物理学也不存在了。

这意味着，我们一直拥有的世界，不是我们的世界了。

这意味着，世界观崩塌，人生观毁灭，价值观丧失。

这是一部影响人的世界观的作品。

 

小说的本质是什么？是时间。

时间的本质是什么？是不可逆转的损失。

小说和电影，之所以有种动人的感伤，是因为随着故事的一秒秒推进，那损失的分量也就变得越来越重——无法倒转的人生，无法重做的决定，无法增补的陪伴，无法弥补的伤害，它们如同一个个浪头，把我们拍离要奋力游向的岸边。

《三体》开辟了一条新的思维途径，试图用科学的方法找出科学的局限性，试图确定科学对自然界的认知在深度和精度上是否存在边界。

一部好的科幻小说，就是把最空灵最疯狂的想象写得像新闻报道一般真实。

与小说的主人公一样，我感觉自己就是那比喻成虫子的人类：无比渺小，却生生不息。

同样悲悯的感觉——地球的生命真的是宇宙中偶然里的偶然，宇宙是个空荡荡的宫殿，人类是这宫殿中唯一的一只小蚂蚁。

同样矛盾的心态——有时觉得生命真珍贵，一切都重如泰山；有时又觉得人是那么渺小，什么都不值一提。

在生命的暴雨之中，感受着生命的尊严。人只要生活在这个世界上，这就是具有重大意义的姿态。

最后，此文谨以一个文科生的个体思维和有限视角，向《三体》致敬，向中国科幻小说致敬！