宇宙难题“三体问题”也与黑洞的的命运相关？

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"不要回答！"

《三体》中描述的致命乱纪元，让全球读者屏息。这个故事的舞台，是3颗恒星靠引力相互吸引的“三合星系统”中的行星。

3个物体相互施加引力时会如何运动呢？ 这一力学问题称为 “三体问题” ，自艾萨克·牛顿（1642～1727）生活的17世纪开始就被广泛研究。

在经典力学中，太阳与地球的"二人转"（ 二体问题 ）堪称模范生 —— 椭圆轨道优雅可预测。

通过求解牛顿“运动方程”就能准确知道2个物体的运动。 计算结果显示，2个物体的运动是椭圆（包括圆）、抛物线、双曲线这3种轨道。

圆锥曲线（图片源自网络）

但一旦加入第三位"舞者"，整个系统瞬间化身脱缰野马，在数学上无法严格地找到三体运动方程的解。不过，研究人员已经知道了几个特殊初始条件下的轨道。

在现代，即便是三体问题这种无法精确求解的问题， 利用计算机进行数值计算的话，也能准确得知其轨道。 利用这种数值计算，对各种条件下的三体问题求解，就会发现三体运动就像被猫抓乱的毛线球，微小扰动就会引发轨道剧变，这样的运动称为 “混沌” 。

无法预测的三体运动

图片描绘了“毕达哥拉斯三体问题”的数值解。假设一个直角三角形3个边长的比例为3∶4∶5，3个天体分别静止在3个顶点。3个天体的质量与各顶点对边的长度成正比，也是3∶4∶5。从这一初始条件开始运动的话，就会画出复杂的轨道。最后，天体1和天体2组成双星，与天体3分离，飞向无限远处。

此外，在大多数初始条件下，最终会形成2颗星相互绕转的“双星”，第3颗星从双星之间穿过，飞向无限远处，这称为 “弹弓效应” 。电影《流浪地球》中，为了使地球飞出太阳系，就利用了木星的引力加速飞船以获取更高的速度。

不过，引力弹弓绝对不是只存在于科学家的头脑和科幻电影之中，例如1977年NASA发射的 旅行者号 就靠"引力弹弓"实现了星际漫游。

三体问题也与星系中心的“超大质量黑洞”的起源有关。

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一个很具说服力的假说认为， 通过星系不断并合，星系与黑洞会同时成长 ， 但在并合过程中三体运动可能发挥着重要作用。

如果 2个超大质量黑洞 在并合的星系中心相遇，就会形成 双星 。两者要想并合，必须通过某种机制失去能量才能接近。首先，会因来自周围星际气体的阻力而失去能量。此外，第3颗恒星和黑洞靠近时，会变成三体运动，第3个天体会因 弹弓效应 而被抛离，双星就会失去动能，可能会靠近。

不过，模拟结果表明，当双星接近到相距3光年（大约1秒差距）左右时，周围已经没有会夺走能量的气体和星体，双星将无法继续靠近。这一问题称为 超大质量黑洞的 “最后秒差距问题” ，研究人员正在深入研究它们能否顺利并合。

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