现实中的《三体》世界在哪儿？
来源： 科普中国微信公众号 发布时间：2023-04-17
这一阵，《三体》动画上线了，瞬间引爆全网，视频当天就突破了1亿播放量；
《三体》之所以受到大量的追捧，就因为它的许多内容都来自于现实世界，比如三体星系，就是有原型的。
01
三体人的家
原来离我们如此之“近”
《三体》的书名来源于一个由三颗恒星组成的系统——半人马座α，又名南门二。名字中的α，代表这颗星是半人马星座里最亮的“一颗”星——因为在地球上，人眼根本无法分辨出夜空中的这颗亮点是一个三星系统。
半人马座，其中左下角最大的一颗星是半人马座α。图源：视觉中国
半人马座α是距离太阳最近的一个恒星系统，这位邻居离我们只有4.3光年远。这个距离有多近呢？太阳系的边缘奥尔特云，也就是许多彗星的家园，距离太阳本体的距离约为2光年，这已经是太阳到半人马座α距离的一半了。
半人马座α（南门二）与太阳的距离示意。图源：wikipedia
因为离得近，半人马座α在夜空中就显得很亮，它的亮度在恒星中仅次于天狼星和老人星，排名第三。不过，它在天空中的位置太靠“下”了，在我国，只有南方几个省份的人能够看到它。
半人马座α一直是科幻作品中的座上宾，除了《三体》之外，《流浪地球》中的地球的目的地，是它；《阿凡达》中的潘多拉星球，也在这里；甚至连《银河系漫游指南》中的外星人都对地球人说：“你们连半人马座α都没有去过？这也太差劲了！”
真实星空中的半人马座α（照片右下角的亮星），天线上方的为β。图源：wikipedia
在《三体》小说中，三体人把行星受到三颗恒星共同作用的时期，称为乱纪元。处于乱纪元的三体星，季节、昼夜都处于无法预测的混沌状态，有一次三颗恒星直接连成了一条线，巨大的引力把三体人直接吸上了天空。
与乱纪元相对的，是恒纪元，恒纪元出现的标志是两颗飞星（天空中的两个亮点），这意味着有两个恒星飞远了，三体行星暂时只会受到一颗恒星的影响，就像现在的地球一样。
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但是，如果三体人真的生活在半人马座α系统中，他们其实根本无需担忧乱纪元的发生。
在三颗恒星中，半人马座α-a、半人马座α-b和我们的太阳差不多大，它们自己组成了一个双星系统，相互旋绕，最远的距离也只有三十多个天文单位（au），差不多是太阳到冥王星的距离。
半人马座α-a和-b两颗恒星组成的双星系统及绕着它们旋转的行星假想图，右上角是太阳。图源：nasa
第三颗星半人马座α-c，是一颗比太阳小、暗的红矮星，它远远地围绕着这个二星系统运行。这个“远远地”是非常的远，大约有15000个天文单位，这个距离是一个什么概念？现在飞离太阳系最远的人类探测器旅行者1号，用了41年也才飞出去不到150个天文单位，如果你在半人马座α-c上看另外两个恒星，那就是璀璨星空中两个普通的小亮点。
太阳、半人马座α-a、-b和红矮星半人马座α-c（proxima）大小的对比。图源：wikipedia
两个恒星的系统，可以稳定运行，它们会绕着共同的质心旋转，跟着它们，三体人可以过得很好，如果跟着远处的恒星c，那基本上用不着担心远处两颗恒星的影响，生活也一样滋润。
02
流浪，到三体星去...么？
“看，孩子们，那就是半人马座，那就是比邻星，那就是我们的新家！”——《流浪地球》
在小说《流浪地球》里，因为太阳要发生“氦闪”，人类不得不举“球”迁移。人类最终的目的地，叫比邻星，它就是半人马座α-c，那颗远远绕着两个兄弟运行的红矮星。
从太阳系到半人马α星系的路程。图源：《流浪地球》
人类选择这颗星，不仅是因为近，还因为它的寿命要比太阳长得多。比邻星无论从质量、体积和温度上来说，都比太阳弱小得多，因此它的核聚变非常缓慢，寿命甚至可达千亿、甚至万亿年，要知道，宇宙现在的寿命才138亿岁，所以红矮星可谓是“寿与天齐”了。
另外，红矮星即使到了暮年，也不会像太阳那样变为一颗巨大的红巨星，所以地球待在它旁边绝对安全。
艺术家笔下的红矮星。图源：wikipedia
如此看来，刘慈欣是为人类找了一个好的归宿么？事实其实并非如此。
因为红矮星的聚变反应很弱，所以它向外辐射出的能量很少，宜居带（能让水保持液体状态的区域）也就离恒星非常近。比邻星b是人类发现的一颗处于比邻星宜居带内的星球，它几乎是“贴着”比邻星飞行，两者之间的距离只有水星距离太阳距离的八分之一。
比邻星和在它宜居带里的行星：比邻星b（右侧的行星）。图源：nasa
在如此近的轨道上运行，会出现两个可怕的结果。一是比邻星b就像水星一样被恒星的潮汐锁定了——它的一面永远朝向恒星，一面却永无天日；二是比邻星的脾气非常大，2017年时，人们曾观测到比邻星爆发了强烈耀斑：它的亮度在10秒内增大了1000倍，比邻星b因此受到的辐射，要比平时地球受到太阳耀斑辐射强度高出4000倍，如此强大的破坏，估计就连三体文明也会被直接摧毁。
比邻星爆发耀斑效果图。图源：nasa
如此看来，我们还是再走一段时间，去半人马座α的那个双星系统里定居吧。
03
“繁星是无法超越的”
在《三体》小说中，三体人之所以要来占领地球，核心原因是他们无法解决三体问题。
所谓三体问题，就是三颗恒星在一起的运动规律，三体人需要用这个规律预测未来，为恶劣的天气做准备。三颗恒星加上三体的行星，其实是四体问题，但行星相对恒星来说质量很小，在模型里就被简化掉了。
人类在检测三体舰队的“先头部队”——飞行器水滴。图源：《我的三体：章北海传》
看似简单的三个物体的运动系统，实则异常复杂，它们在运动的过程中无时无刻不在相互影响，轨迹变化毫无规律。自从牛顿力学体系创立以来，三体问题一直困扰着各位大牛，直到1899年，被誉为“最后一位物理学和数学通才”的庞家莱用一篇论文为给三体问题定了性：这个问题，无解！
庞家莱所说的无解，并不是没有解，因为三颗恒星在任意时间肯定会对应一个位置和一个动量，这都是数值解，人们只不过无法用一个公式把这些解表达出来，但还是可以根据初始的条件，算出某一时间的数学解。
如果这么看，三体人完全可以用计算机，算出接下来几万年内三颗恒星的位置，不就可以了么？但情况远非如此简单。
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我们都听说过“蝴蝶效应”这一说法，美国的一只蝴蝶煽动翅膀，就会引起东南亚的一场风暴，这是因为天气是一个混沌系统。在混沌系统中，一个微小改变的影响，会成倍成倍的增加，短时间内这个倍数就会达到一个天文数字，无论是人，还是计算机，都无法计算这些影响，这就是为什么预报下周下雨，实际却晴空万里的原因，差之毫厘，去之千里。
飞机搅动出来的气流，就是一个混沌模型。图源：wikipedia
三体问题就是这样一个混沌系统，宇宙中的每颗星球、甚至是每粒尘埃的扰动，乃至三体行人的一下呼吸、一个动作，从长远看都会对三颗恒星的运动产生风暴般、决定性的影响，让预测失去意义。
三体问题已经如此复杂，我们的地球在太阳系这一九颗星球组成的系统里，却能稳定的运行，不得不说是一个奇迹！正如庞家莱在他关于三体问题的论文开头写到——
“繁星是无法超越的！”
来源：中国国家地理book
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