《三體》中，三體人為什麼不能預測三體運動？

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我最近迷上了spaceengine這個玩意兒。我在裡面用搜星器找了太陽系50光年範圍內的三合星系統，發現這些三合星系統一般都是兩個恆星互相搞基，然後他們的質心與另一個恆星相互作用運行。我甚至找了很多5星系統，都有穩定的軌道。

我還用時間加速，把時間加速到千萬倍，這些恆星完全按照自己的既定軌道運行。不存在混亂一說。
所以我很奇怪為什麼三體人沒法預測三合星系統？宇宙中存在那種完全混亂運行的三合星系統嗎？其實就算沒法用數學來精確解出三體的精確運行規律，但也可以通過觀測數據來預測未來一小段時間內的運行情況，不可能完全不可預知哪怕是未來很小一段時間內的情況。就好像我們人類用數學也沒法精確的預測一個地方未來一個時間點的精確天氣情況，但我們還是能預知大概情況，這就夠了不是嗎。
其實我的問題就是大劉書中的那種三體系統在宇宙中是否存在？我們觀測到過嗎？

這個要認真回答一下。

對於三體問題有否有解，可以先看看知乎上這兩個問題
三體問題為什麼無解？ - 物理學
關於三體問題不能求解析解的證明，有沒有通俗易懂的證明過程？ - 數學

我們所說的三體問題，一般是指在牛頓引力條件下，求解三個運動天體的運動解析解，這是經典天體力學的常見術語。如果三體中有一個天體的質量可以忽略，此時仍然是三體，只是第三體對剩下兩天體無引力作用，稱為限制性三體問題。劉慈欣小說的三體行星，按照定義應該至少是限制性四體問題（三顆恆星和一顆質量可以忽略的行星）。如果涉及到廣義相對論，則是相對論天體力學的問題，目前相對論天體力學兩體問題都還沒有很好得到解決。

這裡說一下題外話，國內能開設天體力學課程的高校真的少之又少，印象中只有南京大學和北京師範大學的天文專業才能開天體力學。國內有航天專業的高校比較多，但航天動力學與天體力學是有區別的，兩者的側重點是不一樣的。國內有天文專業的高校這麼少，天體力學理論又很難搞下去，所以天體力學現在都多多少少與天體物理相結合。

三體問題有沒有解析解或均勻收斂的級數解，這個在牛頓力學誕生以來就有人在思考了，牛頓，拉格朗日，拉普拉斯等等。拉普拉斯創立的拉普拉斯-拉格朗日方程，證明太陽系行星在長期攝動(Secular Pertubation)下的穩定性。在1887年，瑞典國王奧斯卡二世贊助了一項現金獎勵的競賽，徵求太陽系的穩定性的解答。龐加萊參加了這次競賽，利用自己發明的龐加萊截面，給出了三體問題對初值極其敏感的結論。

從數學的角度上看，三體問題和任何一個非線性的微分方程一樣，無法給出解析解是很正常的事，隨便給出一個非線性的微分方程，例如 $frac{ ext d y}{ ext d x}=sin(sin(y))$ ，就很可能沒有解析解。之所以三體問題這麼著名，就是因為它有廣泛的應用，太陽系行星的穩定性，星團中恆星的引力作用，人造衛星的運動，這都離不開牛頓的天體力學。另外一個著名的微分方程，流體力學的納維斯托克斯方程也有極其廣泛的應用，所以美國克雷數學研究所設立的七個千禧年大獎難題之一就是尋找納維斯托克斯方程的存在性和光滑性，但現在只有俄羅斯數學家佩雷爾曼解決了七個難題中的其中一個的龐加萊猜想，納維斯托克斯方程及剩下的五個難題都沒有解決。

雖然三體問題一般不能給出解析解或有實用價值的級數解，但可以給出數值解，這也是天文中經常遇到的N體模擬。數值求解微分方程，從本科數值分析課程上學到常微分方程的歐拉演算法，龍格庫塔演算法，到偏微分的有限差分演算法，甚至國內馮康先生髮明的保辛演算法，有限元演算法等等，演算法是比較成熟的且種類繁多的。但數值演算法求解微分方程的數值解需要初始條件和邊界條件，對於三體問題，還有上文提到對初值敏感性，存在著混沌。所謂的混沌是指非線性系統對初值敏感所造成的長期不可預測性，混沌不是混亂，是確定性的不可預測性。
天文觀測存在觀測誤差，演算法存在截斷誤差，計算機計算存在舍入誤差，誤差的存在使得計算與真實情況存在差異，而系統本身又對初值敏感，小小差異的輸入，在經過一定時間後（李亞普諾夫時標），輸出會產生巨大的差異。如果真的存在沒有誤差的觀測，沒有截斷誤差的演算法，沒有舍入誤差的計算機，那我們可以用計算機得到永遠精確的數值解，但這是不可能的。所以在傳統的太陽系穩定性數值計算中，一般也就算幾百萬年，幾千萬年，因為有誤差存在，算得再多，後面的結果也和真實的不一樣，沒有意義了。

這陣子很火的比鄰星行星(Proxima Centauri b)是處於一個限制性四體的環境中，但是比鄰星Proxima與南門二(alpha Centauri AB雙星)大約有13000AU，Proxima Centauri b只圍繞比鄰星公轉，南門二雙星對Proxima Centauri b的引力影響也要數十萬年以上才能體現出來。根本和《三體》小說中的描述不一樣，我想這是《三體》小說帶來的一個壞處吧，很多人把小說當作真實，而不關心事實。

目前發現的行星里沒有像《三體》小說描述那樣的系統，因為那樣的系統很可能不穩定，不能維持到能夠被我們觀測到，如果有哪天觀測到這樣的系統，那也是很有意思的。雖然沒有《三體》小說中的三顆太陽的行星，但是現在Kepler發現了圍繞雙星的行星(circumbinary planet)，例如Kepler-16 b，Kepler-34 b，Kepler-35 b和Kepler-47 b等。

不請自來

前面高票的幾個回答已經很好了（再次點贊光頭師兄），我就補（偏）充（題）一下（似乎前面有人提到，不過似乎很多人都沒有個get到這個點）

重要的事情說三遍
《三體》描述的是一個限制性四體問題
《三體》描述的是一個限制性四體問題
《三體》描述的是一個限制性四體問題

三體問題的一個典型情景是太陽-地球-月亮三體的影響。忽略其他所有天體的影響。
限制性三體問題在地球附近沒有太好的例子，因為月亮影響比較大。
舉例子而言，考慮太陽-木星-小行星的系統就是限制性三體問題，這個例子裡面，第三個天體（小行星）對另外兩體的影響可以忽略不計，但是我們關心小行星的運動軌跡，所以不能說小行星整個就被忽略不計了（否則就是簡單兩體問題）。就是這麼一個簡單的系統，依舊是混沌的。詳細信息請參考各高票回答。

在大劉描述的《三體》里，這個系統中存在三顆恆星，而『三體星人』居住的行星是第四個天體，其質量很小，對三個恆星的影響可以忽略，所以可以說是限制性四體問題，但是因為『三體星人』相當關心這個第四天體的運動軌跡，所以這第四個天體並不是可有可無，可以簡單忽略的，所以（下面是劃重點時間：）他們需要考慮的就本質而言還是四體問題而非三體問題

小說描述的根據是：限制性三體問題存在確定性的混沌軌道。基於這個假設，從實際測量角度，三體人「不能預測」三體運動也是可以理解的。

三體問題有沒有精確解的研究可以說引出了混沌的概念，但基本上這是一個數學問題，是從研究太陽系理論穩定性問題引發的討論；天體力學是有非常非常數學的一面的，當把系統里的"body"都看成質點的話，確實會得出很多有趣的數學結論。比如夏志宏證明潘勒韋猜想所構造出的限制性五體問題里的非碰撞奇點(質點的運動在有限時間內趨於無窮)，實際上比小說里想像出的混沌三體軌道要好玩得多

不過實際情況里，天體不是質點，嚴格意義上，恆星-行星系統的質量，能量，角動量都不是守恆的，問題要複雜得多。真實情況下，在雙星或者多星的系統里，在一定時標內 (天體物理問題，不談時標是不合適的)，圍繞某顆恆星存在穩定的行星軌道是完全可能的。很多已經發現的系外行星都是位於這樣的系統里的。嚴格來說這樣系統的穩定性還需要討論，但就觀測而言，雙星之間的距離合適，演化階段合適(沒有公共包層之類的能顯著影響行星的過程)的情況下，行星系統穩定個一陣子應該是沒有問題的；如果雙星里的兩顆星都是小質量矮星，像地球這樣穩定存在個幾十億年也是沒有問題的。

實際上，更好玩的是，圍繞著雙星系統本身都是可以存在穩定的行星軌道的，這叫做Circumbinary planet。觀測上已經找到了類似的系統:

Circumbinary planet

如果參考小說里描寫的情況，三體星人更需要擔心的是行星如何不被三顆恆星的潮汐作用瓦解掉，以及如何不在三顆恆星的運動里被踢出去 (這個過程其實很普遍，具有天體物理意義上的顯著性)。在作者描述得可以產生先進智慧文明的時標上，這才是更有可能發生的問題;。而對於類似的，軌道混沌的三星系統，真實的情況下不是說不能存在 (比如新生恆星密度很高的環境里)，但是能否長期存在，並按照這個混沌的軌道運動是最大的問題。真實的恆星系統是不能當做質點考慮的，且不說很可能質量最小的恆星也被甩出去，或者說軌道共振引發兩顆恆星並和這樣其實很有可能發生的情況，質量不同的恆星演化的速度不一樣，質量損失過程和效率也不一樣，引起的質量，角動量改變和雙星演化過程很可能讓整個系統從混沌的運動中解脫出來。

科幻小說里各種奇怪的行星系統其實很多，參考：Binary stars in fiction

不得不說，三體構建的世界還是很有想像力和思考價值的，但個人覺得「實際」中，類似三體的智慧文明存在的希望幾乎為零。。。。

三體人當然可以預測，任何能發射衛星的文明都能預測，地球現在的水平就可以了。
三體人做不到的是：長期！準確！的預測。
就好像天氣預報，你預測1小時後只要抬頭看看天你就知道.1天後要看天氣預報，1個月天氣預報也和瞎蒙相差不遠了，你聽說過誰能預測一年後的天氣么？
三體問題也是如此，如果是短期內判斷的話，任何有一定物理水平的文明都能做到。所以超級文明的光粒如何擊中三體星中的一個比製造光粒簡單一百萬倍。
從光粒的效果看，它並不要求擊中恆星的正中心，只要位置差不多就行了。那對於一個能製造光速飛船的文明來說，這和讓你站在湖邊把石頭扔進湖裡一樣理所當然的簡單。
三體問題在數學上的解釋我不太好說，畢竟知乎大神多。
但是在現實中存在一個很大的問題：干擾。
而三體系統的「無法計算」就在於任何干擾在時間的作用下都會幾乎無限的放大。
題主不會連蝴蝶效應都不知道吧？
所以三體人猜測三體星會被吞噬也是概率上很可能。三體行星也有可能穩定在三個恆星中保持10億年，這誰說得准呢？

我曾經用軟體模擬過那種混亂的三體運行，結果沒有一次能長時間穩定的，都是繞著繞著唰一下就拋出去一個。

如@黃崧先生所言，三體小說里的情況幾乎不會出現（可以說毫無可能），題主或許閱讀科幻較少，不知道科幻創作的一個技巧，那就是：

在不違背正常邏輯的情況下，為了故事戲劇性的發展，杜撰想像一些當前科學並不包含的現象或規律，是被允許的。

經典的例子比如阿瑟·克拉克《2001太空漫遊》的【黑方石】、阿西莫夫《基地系列》里的【心理史學】、弗諾·文奇《三界三部曲》里的【三界設定】、劉慈欣筆下的【宏電子球狀閃電】。

冰與火的世界每天有日出日落說明維斯特洛大陸成為了三個太陽其中一個太陽的行星

當紅彗星出現後，冬天來臨的先兆越來越多學城的大學士還不知道這是另外一個太陽

一個高維碎塊再次接觸星球在不朽之殿靠夜影水苟且著的男巫們驚喜的發現魔法回來了

厄斯索斯上三條龍誕生了

不好意思走錯片場了

存在，而且半人馬座alpha真的是一個三體系統。

三體問題我不甚了解，但物理上的很多問題都是不能得出解析解的。比如說稍微複雜一點的原子的電子薛定諤方程，就是無法得出解析解的，只能得出數值解。

首先，你沒搞懂什麼是三體問題。三合星並不是標準的三體。

其次，spaceengine是基於有限天文數據非全參數建模的，並不具有能拿出來否定三體問題的實際意義。

最後，大劉的三體只是小說設定。

三體裡面這個系統其實有很多經不起推敲的地方
如果一個恆紀元普遍只能持續幾天到幾年，那麼這幾個恆星的距離得有多近，行星運行速度得有多快，才能從一個恆星宜居帶遷移到另一個恆星宜居帶啊。
實際上來說，我認為這種情況並不是不可能，但應該大概這種跨恆星遷移是以千年到萬年為周期，還比較符合常識

三體人為什麼不能預測三體運動？以現實世界為背景來回答的話，顯然是屬於在虛擬世界裡尋求真實，而以小說為背景的話，很簡單，三體人的科技不夠發達！三體運動並非無解，因為起碼用光粒摧毀三體世界的那個不知名的文明就用光粒準確擊中了其中一個 ——「被摧毀的是三體星系三星中的一顆.時機選擇得很精確。這顆恆星被擊中時，剛剛捕獲了三體行星成為它的衛星，恆星爆發時行星被完全摧毀」，可見是可以在一定程度上預測的

因為非線性微分方程對初值問題過於敏感。

你先看看大劉為了三體世界能搭建起來，在設定里打了多少補丁。
連三顆恆星都不是普通的恆星了。
所以，看科幻，不要追究設定的問題。

科幻小說的設定而已，事實是，要麼能夠比較穩定的存在，要麼是質量較小的被甩出去了或者吸到一起融合了。

目前沒有觀測到過類似三體中的三星系統。
三體中的三星系統是由三個互相距離都很近，質量也相近的恆星組成的。
關於這樣的系統如何形成，如何存在行星，如何穩定存在，目前都沒有理論支持。
這樣的系統現實存在的可能性也幾乎沒有。
但是這樣的系統的運動確實是不可預知的。

雖然人們喜歡規律性但是依然要無奈於無限不循環小數

你玩的space engine is just a game

謝邀，你可以試試放一個行星進去，因為人類是生活在行星上的，然後再看一下行星的軌道是否有周期性。

三體文明早期是沒有能力預測的，後期是可以的，但是預測到了自己的星球被恆星捕獲的命運

其實，從另一個思路來說，這也可以歸結為一個概率問題。

大小相近、距離又比較合適的三顆恆星，其運行當然可能出現極端的混沌狀態，但這種系統難以長期存在，在宇宙長時間的淘汰中基本都消失了，即使還存在也必然是極少數，難以真的被人類觀測到。所以，現在我們看到的大多是有著比較穩定的系統、混沌狀態沒有那麼誇張的三合星。而且，其中的大部分都是兩顆星形成穩定雙星系統，第三顆星在遙遠的距離上圍繞領另兩顆星的共同質心旋轉。《三體》的原型，距離我們最近的半人馬座雙星及比鄰星就是這樣的系統，雙星與太陽相似，在較近的地方互相旋轉，比鄰星是黯淡的紅矮星，在大範圍上圍繞雙星旋轉。

我們觀測到這中類型的三合星最多，正是因為它們最穩定，更可能一直存在到被我們觀測到。

不穩定的三合星系統可能幾千萬年，甚至幾百萬年里就崩潰了，要麼一顆星被甩出去，要麼兩顆星相撞合一，諸如此類，在宇宙漫長的演化史中逐漸消失，到現在即使還有這樣的系統，數量想必也極其稀少的，所以我們暫時還發現不了。

我記得有不少軟體可以模擬恆星系統的運行，題主不妨用軟體測試一下如《三體》描述那般極端混沌的系統能夠存在多久，實驗可以解開很多疑惑。