最近
電視劇《三體》熱播
這部科幻巨著得到
很好的影視化呈現
也掀起了新一波 " 三體熱 "
《三體》這部小說的創作源頭
就是著名的 " 三體問題 "
那麼，這個問題真的無解嗎？
為何說
這種 " 困境 " 也是
氣象人時常經曆的？
" 三體問題 " 是天體力學中的一個
基本力學模型
它是指研究
三個質量、初始位置
和初始速度
都是任意的可視為質點的天體
在相互之間萬有引力作用下的
運動規律問題
最初，牛頓在利用力學定律
研究完二體（雙星）問題後
就嘗試研究三體（三星）問題
他發現在三個天體的相互作用下
其運動
無法精确預測
在牛頓之後的兩三百年裡
歐拉、拉格朗日、拉普拉斯等
都在嘗試解開 " 三體問題 "
但諸多數學家、天文學家
除了給出一些特殊解外
始終沒辦法得出特定的公式
給出準确的運動規律
最終
數學家龐加萊提出
" 三體問題 " 不存在用公式得出的
精确的解
龐加萊指出
隻要初始條件産生細微變化
随着時間推移
三體運動就會産生
截然不同的變化結果
因此，三體運動無法精确預測
在《三體》這部小說中
" 三體問題 " 更加複雜
三體人所生活的行星
就位于一個
擁有三顆恒星的
三體系統之中
當三顆恒星全部相互遠離的時候
三體行星就會處于
漫長的黑暗和極度寒冷之中
當三顆恒星中的兩顆或三顆
靠近三體行星之時
三體星就會成為一片火海
這兩種極端情況都不适宜文明延續
隻有當三體行星被
三顆恒星中的一顆的引力場所捕獲
而其餘兩顆恒星全部遠離的時候
三體星才進入了
和地球一樣的規律的
四季變化、晝夜更叠階段
也就是《三體》中提到的 " 恒紀元 "
但由于三顆恒星形成了 " 三體結構 "
恒星的運行軌迹和方式
無法長期精準把握
三體文明的生存條件也因此極為惡劣
地球三體組織的 " 拯救派 "
就希望通過
《三體遊戲》來集中有識之士的智慧
幫助三體人解開難題
最終避免三體人侵占地球
但顯然
這種努力最終是徒勞的
而在現實中
人們也将這種因條件細微變化
而導緻結果無法精确預測的系統
稱為
混沌系統
比 " 三體問題 " 更著名的
混沌系統
則是氣象人每日所要接觸的
上世紀中葉
美國麻省理工學院的
數學與氣象學家
愛德華 · 羅倫茲
提出了 " 蝴蝶效應 "
他試圖用計算機來模拟天氣變化
最初，他模拟了一段
并把結果打印了測量
在進行第二段模拟時
他不打算讓計算機把之前的數據
重新計算一遍
而是從中挑了一個之前的模拟結果
把數值輸入到計算機進行模拟
然而，他卻發現
當把這個模拟結果作為初始值時
模拟的演化過程及結果
卻與上一次不同
且随着時間的推移
兩個結果差别越大
上面這段描述或許有些拗口
打個比方
當我們記錄了
一次龜兔賽跑的全程後
讓兔子和烏龜回到
上次兩者出發 10 秒鐘後的位置
并再次出發
理論上，比賽結果應該相同
但卻出現了不同的走向
"
巴西的一隻蝴蝶舞動翅膀
可以引發美國得克薩斯州的
一場龍卷風嗎？
"
更多随機變量的出現
參數的細微差異
都會被時間逐漸放大
直至整個系統面目全非
這就是混沌系統
難以 " 計算 " 的原因
從天體的運行
到天氣的變化
再到溪水的湍流
混沌系統其實就在
我們每個人身邊
這也回答了
為何 " 天有不測風雲 "
然而
類似 " 三體問題 " 的混沌系統
真的無解嗎？
對，也不對
混沌系統無法得出的是解
是通過公式精準計算的 " 解析解 "
但如果我們設定出明确的初始條件
并對其中變量有準确、及時的掌握
是能夠得出一系列 " 特定解 "
這當中的關鍵在于
對初始條件、變量的更精準獲取
以及計算能力
尤其是計算速度的提升
簡單來說
也許我們無法通過公式
精準計算 100 歩
但如果我們可以快速地計算出
每 1 歩、每 10 歩
也足夠我們預知演化的方向
這正是
現代氣象預報的 " 進化邏輯 "
随着監測數據的日益豐富與精細
數據傳輸速率的提升
數值預報模式的叠代
計算能力的升級
風雲變化在
一定時間、空間尺度内
已愈發可測
對于 " 三體問題 " 來說
即便無法為三體星人測出 " 萬年曆 "
但以其小說中的科技水平
通過數值系統模拟一定時間内的
恒星運行規律
應該不是難事
譬如
如果能提前預測 " 亂紀元 " 的到來
三體星人可以及時躲避至
準備措施完備的 " 地下城 "
遠比 " 脫水 "
更有利于文明的延續
（随時跳戲至 " 流浪地球 "）
@三體星人
面對混沌系統
我們早已不是 " 束手無策 "
中國氣象報社 出品
