劉慈欣科幻小說《三體》中提到的三體問題，真正是人類科學家數百年來面臨的壹個巨大難題。從牛頓到那個時候到現在，三體問題壹直就是物理學家和數學家揮之不去的噩夢。
難倒牛頓的世紀難題
自從牛頓提出萬有引力定律以來，人們就很容易計算出宇宙中兩個天體在引力作用下的運動情況，得到天體的運行軌道。但是，有第三個天體存在的話，情況就完全不同了，這三個天體之間的作用力關系就非常復雜以至於難以求解。而天體更多時，問題就更加復雜了。
在實際的星空中，天體系統往往由很多天體構成，比如太陽、地球、月球構成了“三體”，太陽、冥王星以及冥王星的衛星“卡戎”也構成了“三體”，只由兩個天體構成的系統很少。不過，計算這些星體的運動軌道時，完全可以按照兩個天體情況來計算，比如，計算地球的公轉軌道，就不必考慮月球的影響；計算月球的繞地軌道，也不必考慮太陽的影響。
但是，如果真的遇到需要第三者的影響時，該如何計算呢？牛頓在攻克二體問題後，立即著手研究三體問題。但由於難度太大，他計算到頭痛欲裂也沒能找到答案，於是謹言慎行的牛頓沒有留下任何關於這個問題的論述。
其實，計算三體運動的軌跡已經是對物理實際簡化得很厲害了，只需考慮質點的運動方程，而不必考慮其他因素。科學家們在研究天體運動軌跡時，通常把天體當做壹個有質量的點來看待，這就是“質點”。但是，只要研究實際的地球運動，就已經比質點復雜得多，地球別說不是點，連球形都不是，粗略看來是個赤道上胖出來壹圈的橢球體。於是，在月球引力下，地球的自轉軸方向就不固定，因此北極星也不會永遠是那壹顆（天文學家們早已算出，4800年前，北極星不是現在小熊座α星，而是天龍座α星；未來到公元4000年前後，仙王座γ星將成為北極星；到公元14000年前後，天琴座α星織女星將獲得北極星的美名）。而在考慮潮汐作用時，地球都不能看成是“硬”的了，地球自轉也因此越來越慢。如果把這些問題都考慮進去，那麽任何方程都無法精確計算出地球的運動情況。
然而即使是極其簡化了的三體問題，從牛頓那時開始，在隨後的200多年中，歐拉、拉格朗日、拉普拉斯、龐加萊等等數學大師們絞盡了腦汁也未能將它攻克。
千辛萬苦找到特解
既然三體問題難以解決，人們就開始嘗試求解壹些經過簡化的三體問題，即所謂的限制性三體問題。我們考慮壹種情況：兩個大質量天體（比如太陽和地球）相互繞轉，第三個天體的質量小到可以忽略，但是這個小天體又處於兩個大天體引力的影響下，這就是限制性三體運動。18世紀的法國數學家拉格朗日在這個問題上做出了突破性的貢獻，他研究的是所謂的橢圓軌道限制性三體問題，橢圓軌道是宇宙中天體運動的常見軌道。
1767～1772年間，拉格朗日對限制性橢圓軌道三體運動求出了五個特解，並由此計算出5個在三體系統中引力達到平衡的所謂“拉格朗日點”，如果把物體放到三體系統的拉格朗日點上，物體會保持相對靜止狀態。
這5個拉格朗日點簡稱為L1-L5。其中，L1-L3都位於兩個大天體的連線或延長線上，L1-L3都是不穩定的，也就是說，如果這個點上的物體受到外界擾動而偏離了這個位置，就不會再回到這個位置，而是日漸遠離。L4和L5分別位於較小天體繞較大天體運行的軌道上，與兩較大天體組成非常穩定的等邊三角形。當時限於觀測條件，這個計算結果無法驗證，不過100多年後，天文學家在太陽系裏找到了實例，那就是特洛伊小行星群，這些小行星分成兩組，分別在木星-太陽系統的L4和L5上，和木星、太陽恰好組成了兩個等邊三角形。自然界真的是讓人驚嘆！
20世紀80年代，天文學家發現土星的衛星系統中存在著好幾個類似的等邊三角形。人們進壹步發現，在自然界各種運動系統中（包括微觀運動），都有拉格朗日點。甚至在地月系統中也存在，在月球軌道上，月球前後各60度同地球和月球距離成等邊三角形的兩個位置存在兩片非常稀薄的氣體雲，那兩片雲與月球壹同繞地球旋轉，並永遠和地球、月球保持這種等邊三角形的關系。
三體系統的“蝴蝶效應”
拉格朗日找到了幾個有限的特解，那麽，三體問題能找到通用解嗎？1885年，酷愛數學的瑞典國王奧斯卡二世懸賞征求太陽系的穩定性問題的解答，這其實是三體問題的壹個變種。來自法國的壹位只有33歲的年輕學者龐加萊接受了這壹挑戰，由於這壹問題是如此的復雜，他決定也像拉格朗日從較為簡單的限制性三體問題著手研究，試圖突破特解，找到普遍性的通用解。
但是在研究過程中，龐加萊發現，這幾乎是不可能的事。經過整整三年的努力，他斷定這個問題無法完全解決，決定收工。龐加萊把自己的研究成果寄到論文評審委員會，在論文開頭寫了壹句：“繁星無法超越。”
龐加萊沒有解決三體問題，但他還是由於對這個問題作出的貢獻，而於1888年獲得了瑞典國王的獎金。
事情沒有結束。在後續研究中，龐加萊發現，三體問題無法解決的根源在於：在三體系統中，由於引力的互相幹擾，某個天體的初始數據只要有很小的變動，後來的狀況可能就會有極大的不同，計算結果也會出現無數的不同，這就導致了計算結果的毫無意義。當時，龐加萊試圖畫出壹些運動軌道，卻發現那些圖形復雜、混亂到無法畫出的地步！
這其實是壹個典型的混沌系統，混沌系統會將初始條件的最細微的差別無限放大，隨著時間的推移，這最開始的壹點變化會使整個系統的運動完全不同，讓我們無法計算。就像那句描述混沌理論的名言：“壹只巴西熱帶雨林中的蝴蝶扇動幾下翅膀，可能在美國德克薩斯州引起壹場龍卷風。”三體問題也是如此。
混沌理論是20世紀繼相對論和量子力學以後基礎科學的第三大重要成果，但龐加萊通過對三體問題的研究，證明了系統初始條件的敏感性，這是混沌理論最早的研究。
超出想象的星球軌道
從牛頓到龐加萊，那些天才的數學大師做了各種嘗試，終於承認，不可能找到三體問題的壹般解，只可能找到特殊解（特定條件下的特殊軌道）。
但是特殊解也很難得到，找到任何壹類解都面臨重重困難。三個物體在空間種有無數種陳列方式，必須要找到合適的初始條件（如起始點，速度等），才可以讓體系重新回到起點重復運轉。拉格朗日最早提出了壹些解後，而直到20世紀70年代後，科學家才在現代計算機的幫助下找到了壹些新解。拉格朗日發現的那種，是三個等距的物體在橢圓形軌道中旋轉，和旋轉木馬壹樣；而新發現的有壹種叫8字型，三個物體在8字形的軌道中相互追趕；還有壹種更復雜，兩個天體在軌道裏層來返往復、橫沖直撞，其軌跡就像壹團亂麻，第三個天體卻比較規矩地在外層旋轉。
又經過了幾十年的探索，不久之前，科學家又找到了三體問題的更多特解。這些特解的軌道都很怪異，其中有壹種的軌道復雜多變，看上去就像是壹大團亂糟糟的面條，不過三體從初始條件出發，經過這亂糟糟的“面條軌道”，依然能夠回到初始狀態。
這些奇怪的運動軌道在現實宇宙中能否找到呢？到目前為止，我們除了在太陽系中發現了拉格朗日所計算的三體類型外，其他類型都還是理論模型。科學家猜測，那些奇形怪狀的三體系統只有在密集的球狀星團中才可能出現，而那裏的恒星太密集了，幾乎沒有產生行星的空間，更不要說誕生生命了。《三體》作為小說，設定壹個擁有高超科技的三體文明是可以的，但沒什麽科學根據，小說中描述的三體行星上的景象在宇宙中是不可能出現的。