「三體」問題無解嗎?為什麼?
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知道三個物體某一時刻的動量不就能夠知道下一刻的運動狀態嗎?為什麼還是無解的
說無解是不準確的。相對準確的說法是沒有一般形式的穩定解。題主提到的「知道某個時刻的動量,就知道下一個時刻的動量」,從數值分析的角度來說,在誤差允許的範圍內是這樣的。從下一個時刻的動量出發,繼續預測下下個時刻的動量,誤差就開始積累了。如果誤差積累的過快,以致於還沒算到需要的那個時刻,計算結果就已經發散了,繼續迭代下去就是沒有意義的。我們稱這樣的數值問題為「病態問題」(ill-posed problem)。病態問題的一般特點是計算髮散(不收斂)、收斂過程不穩定(即使能收斂,也很脆弱,各種敏感)、收斂結果不唯一(就算最終穩定收斂了,也有可能收斂到奇葩的答案上了)。
對付病態問題的一般方法是規則化。例如,假設橢圓軌道、假設所有軌道都在同一個平面內,等等,這些約束條件未必合理,所以得到的穩定解的代價就是注入了先驗的偏差。另外還可以使用微擾法,例如,如果已知三體中的某個質量非常小,或者某兩個質量非常小,可以先將三體系統近似成兩個兩體系統,然後檢驗精度是否足夠,如果精度不足,再一階修正、兩階修正的往上加。
總之,三體問題沒有那麼邪乎,不是不可解的,不是哲學問題,就是實實在在的、非常普遍的數值問題而已,散發著大自然濃濃的惡意。
因為微分方程可能沒有解析解而只有數值解
而三體問題是混沌問題,微小誤差會被極度放大
因此數值解不可靠,即可能與實際情況偏差極大
故可理解為無解問題,但實際上說無解是不準確的
你說的無解要從兩方面看,一方面是解析解,每個引力方程可以轉化為6個一階微分方程。三個就是十八個,但是目前,我們只能找到十六個積分,無法求解這個十八階的微分方程租,其實也不是目前,1941年時,西格爾已經證明了不可能找全的,所以解析解別想了。除非特殊情況,那就等於增加了約束。
另一方面是數值解,關鍵在於求解過程中每一步計算都存在誤差,疊加起來使得結果無法穩定收斂。所以也解不出。
綜上所述,這問題解析解無解。數值解依賴於演算法和計算機的發展
Wolfram 網站上列舉了三體問題的各種奇葩解的圖像,你可以改變他們的相對質量,初始位置和初始速度,挺有意思。網址如下:
Wolfram Demonstrations Project微分方程組對初值的敏感性,就像你打撞球,稍微偏一點球的軌跡就完全不一樣了,。而你要測量天體的速度和位置,是肯定有誤差的
那我問個為什麼,為什麼不能累積一段時間的觀察值,作為一段可能的「歷史」去匹配可能的解呢?
從我個人的觀點,用不嚴謹的比喻,三體問題的解族可以這麼解釋:
三體問題全部周期性解族=整數;三體問題全部非碰撞解族=有理數;三體問題全部解族=實數。
要找到解析解,就等同於嘗試只用0-9的整數或小數形式表示上述數族,顯然在非碰撞解族中就無法實現。
然後是關於周期性解族,目前人類只找到16組解族,也就類似於「發現了16個整數」。周期性解族數目是否有限,不好說,我個人認為是無限多的。但即使周期性解族無限多,我相信未來的某天,人類有辦法做到找到某種方法表示全部周期性解族。
按小說的設定,是有解的。
在另一篇回答里看到,摧毀三體的光粒文明,之所以能擊中三體的一顆恆星,是因為他們解出了三體運動,才能精確擊中……我覺得應該說是,目前人們還寫不出方程的解析解,但是方程只要滿足定解條件,解其實是存在的,只是人們目前無法用演繹或者其他任何方法寫出來。因為宇宙中有實實在在的三體運動,他們的運動軌跡就是三體的解啦。只是人們目前還無法用解析式表達出解曲線。
蝴蝶效應,就算是精確位數不同最後得到的結果會相差很遠,但是你不可能無限的取精確位數。
關於時間並非一致收斂,時間越長需要收斂半徑越小
禁不住無限算力的積分,如果要算幾億年的三體問題,請先擁有無窮算力的電腦。
假設任意三個點組成的三條最短線段中的任意兩條一定不相等,則1+1!=2(1+1約=2)且完美圓不存在,1+1=2是一種方便彼此溝通的工具,並非事實,1如果是一種定態,會隨時間變成非1,時間不具有絕對性,因為1的改變會影響整個空間進而影響規律(蝴蝶效應)。這個假設有點奇怪的感覺,不過看上去詮釋了三體問題的困境,就像我們定義的1沒法用來描述圓周率(只能近似)。
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