今天正式開始與大家解析和分享《三體》裡的藝術與科技。首先我對整個小小的專欄做一個定義，我不希望只是簡單的與大家分享《三體》中的情節，做一個類似電影解說和讀書筆記的風格。我希望能通過裡面涉及大量的社會文明與科技發展的案例為基礎，做更進一步的想象和拓展。在這裡我們將用到兩個非常重要的思維工具“類比”與“聯想”，他們代表著一種抽象思維。第一次開始真正認真對待這些概念是在得到APP中的《萬維鋼精英日課》中的一節內容。
類比，就是發現不同事物之間的共同點；聯想，用一個共同點去發現新的事物。——萬維鋼
因此，我希望能夠通過抽象思維，為你打造一個解讀《三體》以及背後密碼的攻略指南，最後能夠舉一反三、以小見大。帶著這樣美好的願望，下面我們就開始吧。
一 宇宙橄欖球
《三體》的書名來自故事中一個外星文明，由於其自身生存行星的周圍有三顆恆星而被地球文明稱之為三體文明或三體星人。可以說三體問題正是整個故事的起因。
三體問題是天文學中的基本力學模型，本質是數學問題。即探究三個質量、初始位置和初始速度都為任意的可視為質點的天體，在相互之間萬有引力的作用下的運動規律。在《三體》中作者用人物汪淼的身份打了一個有意思的比分，
三體問題其實是N體問題的一個特例，在此之前數學家很容易就解決了單位問題和雙體問題，但是在同樣簡單的限制條件下，增加了一個質點，這個問題的難度就有了質的的飛躍。這一下就把我們偉大聰明的數學家們，難住了幾百年。其中像是歐拉、拉普拉斯、拉格朗日、彭加萊等一眾大神紛紛折戟於此。
在《三體》中作者用人物汪淼的身份打了一個有意思的比方，這就好比一場至少有3個人參加的橄欖球個人比賽，恆星就是選手，三體星就是那個人人都想搶的橄欖球。這三個人因為位置、速度和實力（引力）的變化導致這個球不斷在這他們之間做隨機的運動。博彩可以給比賽的勝負開出概率，但是無法對比賽的過程細節做任何的預測。
關於三體問題，我認為非常值得在於大家額外普及一下，最先提出三體問題完成數學表達式的是牛頓老大，但是他並沒有給出解答。然後再1900年的數學家大會上，數學家希爾伯特（也是個猛人，被譽為天才中的天才）提出了著名的23個困難的數學問題。其中我們熟悉的哥德巴赫猜想就是其中一個問題裡的一個分支問題。除此之外還有兩個典型案例，一個是費馬大定理，另外一個就是三體問題。數學界對這兩個問題的思考和研究，雖然一直沒能根本解決，但是促成了很多新數學思想的產生，比那23個數學難題的貢獻更大。
1995年成功證明費馬大定理的勳章，最先被英國數學家懷爾斯揣入懷中。這也是一段非常有坎坷和有趣的故事，推薦有興趣的朋友可以去得到APP的聽書專欄中，柴知道解讀的《費馬大定理》這本書。
二 科學的執念
世界到底是確定的還是不確定性的，這是一個人類終極認知問題，無數的才智卓越的頭腦，從各個方面努力的去接近和發現這個答案。
如果你相信科學，你就會知道科學的一大特質就是能夠解釋目前的場景並且準確預測未來。因此對於確定性的執著是科學人的信仰，特別是再牛頓的經典力學到愛因斯坦的相對論幾個世紀以來，科學還是依然相信一切都是由內在規律可以探尋的。正如愛因斯坦說的那句“上帝不擲骰子”。（量子力學的發展一定程度上的打破了這個信仰，這個我們以後有機會再聊）。
東野圭吾有一本書叫做《魔力的胎動》，隸屬於拉普拉斯的魔女系列。這部小說裡面的女主角有特殊的能力，能夠對風或者說運動物體在氣流中的微觀趨勢進行預測。並因此幫助了故事中的一些如高臺跳雪運動員、棒球運動員等克服了自身的心理障礙，重獲新生的故事。為什麼她叫拉普拉斯魔女呢，看來東野圭吾也是名數學和物理愛好者。請出了拉普拉斯這個大神為自己的小說理論站臺。（PS：東野圭吾的確英國是對物理學很有興趣，神探伽利略、嫌疑人x的獻身中湯川學就是一個物理學教授，利用物理知識進行破案）
東野圭吾小說-魔力的胎動
拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace,1749－1827，法國) 是天體力學的奠基人之一，他將牛頓三大定律和萬有引力定律引入天體力學的研究中，取得了矚目的成就。
我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。假若一位智者會知道在某一時刻所有促使自然運動的力和所有組構自然的物體的位置，假若他也能夠對這些數據進行分析，則在宇宙裡，從最大的物體到最小的粒子，它們的運動都包含在一條簡單公式裡。對於這位智者來說，沒有任何事物會是含糊的，並且未來只會像過去般出現在他眼前。
—— 拉普拉斯，1814 年「概率論」
三體問題就是這樣一個讓科學家無法淡定但是又特別想解決的複雜問題。因為它指向了人類最高的夢想之一，預測能力的極限。截止目前對於三體問題大神們的成果是這樣的：
- 歐拉-拉格朗日特解：首先由歐拉提出了三體問題的三種特解，該特殊條件下，能讓小天體在多個大天體之間的引力影響下保持靜止，後續被拉格朗日拓展成5個點。就是我們在小說中多次看到的太陽系中的拉格朗日點，程心與雲天明的世紀會面就是在拉格朗日點上進行的。
- 彭加萊（《三體》中汪淼聽魏成試圖解決三體問題時，提到了彭加萊，暗示你就別瞎折騰了，這已經被證明無解了。）
三體問題無解。準確地來說，是數學上非線性，無解析解，只有數值解。但是在計算數值解的過程中，初始的微小誤差會被不斷放大，以及計算疊加過程中本身的計算誤差，從而導致最終無法獲得一個穩定的數值，從而無法預測三體的運動狀態，結果是混沌 (Chaos) 。-彭加萊
- 最近一個團隊對三體問題有了最新的研究成果，團隊由來自希伯來大學（the Hebrew University of Jerusalem）下設拉卡物理研究所（Racah Institute of Physics）的尼古拉斯 · 斯通博士（Dr. Nicholas Stone）領銜。團隊根據近兩個世紀的發現，推演出所謂的 “不穩定三體系統” 將最終在其內部排斥掉其中一個星體，並形成穩定的雙星系統。
三 三體問題與蝴蝶效應
在最近《萬維鋼精英日課》的一篇文章中《蝴蝶無效應、安全無小事》，我重新認知了蝴蝶效應這個概念，瞭解了其提出者氣候學家愛德華·洛倫茲的其他理論，最為著名的“混沌理論”。在文章中對蝴蝶效應的描述是這樣的。
1961年，美國數學家愛德華·洛倫茲（Edward Lorenz）在用計算機模擬天氣變化的時候，發現一個有意思的現象。我們知道計算機模擬都有輸入的參數和輸出的結果。本來有個輸入參數的數值應該是 0.506127，有一次模擬中洛倫茲為了省事，就把它給來了個四捨五入，用 0.506 代替。其實我們平時工作中經常這麼幹，誤差不到萬分之二，對吧？
可是洛倫茲發現，計算機輸出的結果，不是相差萬分之二，也不是相差百分之二，也不是相差百分之二十 —— 而是變成了一個完全不同的天氣狀況。
這就相當於說，你測量某地大氣壓數值如果有萬分之二的誤差，你預測出來的天氣就從晴天變成下雨了。——萬維鋼《萬維鋼精英日課》
蝴蝶效應再一次說明了，三體問題的難以預測和不確定性。但是我們想表達的是，導致這個問題，你真的不能怪蝴蝶，真正根源其實是在系統。如果一個系統符合以下兩個條件；
- ”複雜“
- ”緊緻耦合“
那麼如果你在這樣的系統內生活或者工作，如果發生某個參數的微小波動，輸出的結果將是完全質的的變化，想想是不是有種在體驗三體文明切膚之痛的感覺呢。
四 困難問題的解決智慧
在計算機科學領域有一個名詞叫做”NP難題（NP-Hard）“，中文翻譯是”多項式非確定性困難“。著名的”推銷員難題“就是這類問題的代表，有興趣你可以自行了解一下。我們面對困難難題的時候，是否有什麼好的對策呢？
《三體》裡有個人物叫做魏成，是一個數學天才，無師自通的那種，在寺廟裡思考人生的功夫，竟然順手推出了上百種三體問題的特殊解，還是用手算的。後來無意中被申玉菲發現給帶回了家，把法國的大型超級計算機給他弄來做計算用。小說後面沒有在交待後面的劇情，但是這裡有一個洞見特別值得我們瞭解。就是當面對一個極其困難複雜的問題時，有一種思路是它進行拆解，變成很多個稍微簡單一些的問題，然後儘可能的在拆解。說到這其實大家都有各自的想法了，有人可能會想到KPI、OKR之類的管理工具。我更喜歡的準備表達應該是“質的難度問題轉化成量的計算問題”。
魏成就是這個思路，所以才需要極大的計算量和時間。另外我們在其他領域上也有很多類似的成熟應用，比如金融領域著名的泰勒展開式被用來做金融衍生品的基礎資產投影，用於定價。比如傅里葉變化，可以用來將複雜的無規律的波，分解成有限不重複的簡單規律的波，將複雜的問題標準化。
或者在未來人工智能和量子計算機發展，能夠在極大的提高計算能力的情況下，最終解決三體問題，解決三體文明的困境。
蝴蝶效應
其實在《三體》小說中，人類的精英們一直在幫三體文明出謀劃策。下一講我就通過小說中那個非常有趣的設定《三體》的VR遊戲，帶大家一起看看，人類是如何幫忙的，裡面的出廠的人物都是大名鼎鼎，古今中外都全了。
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