牛頓世紀問題
自從牛頓提出萬有引力定律以來，人們很容易計算出宇宙中兩個天體在引力作用下的運動，並得到它們的軌道。但是如果有第三個天體，情況就完全不壹樣了，三個天體之間的關系非常復雜，很難解決。天體多了，問題就復雜了。
在實際的星空中，天體系統往往是由許多天體組成的。比如太陽、地球、月球構成“三體”，太陽、冥王星、冥王星的衛星“卡戎”也構成“三體”。只有兩個天體組成的系統很少。但是在計算這些恒星的軌道時，可以根據兩個天體的情況來計算。比如計算地球軌道時，不需要考慮月球的影響；計算月球繞地球的軌道，不用考慮太陽的影響。
但是，如果真的需要第三方的影響力，怎麽算呢？牛頓攻克了兩體問題後，立即開始研究三體。但由於難度大，即使頭疼欲裂也找不到答案，所以謹慎的牛頓在這個問題上沒有留下任何論述。
實際上，計算三體運動的軌跡已經大大簡化了物理現實，只需要考慮粒子的運動方程，不需要考慮其他因素。科學家在研究天體運行軌跡時，通常將天體視為壹個具有質量的點，稱為“質點”。但是，只要研究實際的地球運動，就比質點復雜得多。地球不是壹個點，甚至不是壹個球體。好像是壹個橢圓體，赤道上有壹個胖圓。所以在月球引力下，地球自轉軸的方向並不固定，所以北極星不會壹直是那壹顆(天文學家已經推算出，4800年前，北極星不是現在的大熊座α星，而是天龍座α星；在未來，公元4000年左右，仙王座伽馬星將成為北極星；到14000年，天琴座的阿爾法星織女星將獲得北極星的美譽。在考慮潮汐作用時，地球不能算“硬”，地球自轉越來越慢。如果把這些問題都考慮進去，那麽沒有壹個方程能準確計算出地球的運動。
然而，即使是極度簡化的三體，從牛頓時代開始，在隨後的200多年裏，歐拉、拉格朗日、拉普拉斯、龐加萊等數學大師絞盡腦汁，也未能攻克。
費盡周折才找到壹個特別的解決辦法
由於三體難以求解，人們開始嘗試解決壹些簡化的三體問題，即所謂的限制性三體。我們考慮壹種情況:兩個大質量天體(如太陽和地球)相互繞轉，第三個天體的質量可以忽略不計，但這個小天體受到兩個大天體引力的影響，是受限三體運動。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。他研究了橢圓軌道的所謂限制性三體，橢圓軌道是宇宙中天體的壹種常見軌道。
在1767 ~ 1772期間，拉格朗日獲得了限制橢圓軌道三體運動的五個特解，計算了三體系統中的五個所謂“拉格朗日點”。如果壹個物體放在三體系統的拉格朗日點上，它將保持相對靜止。
這五個拉格朗日點簡稱為L1-L5。其中，L1-L3位於兩個大天體的連線或延長線上，L1-L3是不穩定的，即如果此時的物體由於外界擾動而偏離了這個位置，就不會再回到這個位置，而是逐漸遠離。L4和L5分別位於較小天體環繞較大天體的軌道上，與兩個較大天體形成壹個非常穩定的等邊三角形。當時由於觀測條件所限，無法驗證這壹計算結果。然而，100多年後，天文學家在太陽系中發現了壹個例子，那就是特洛伊小行星群。這些小行星分為兩組，分別位於木星-太陽系統的L4和L5上，剛好與木星和太陽形成兩個等邊三角形。大自然真是太神奇了！
20世紀80年代，天文學家發現土星的衛星系統中有幾個類似的等邊三角形。進壹步發現自然界中的各種運動系統(包括微動)都存在拉格朗日點。即使在地月系統中，在月球軌道上，也有兩個很薄的氣體雲在兩個位置，前面60度，後面60度，與地球和到月球的距離都是等邊三角形。兩團雲帶著月亮繞著地球轉，永遠保持著這種與地球和月亮的等邊三角形關系。
三體系統的“蝴蝶效應”
拉格朗日找到了幾個有限的特解，那麽三體能找到通解嗎？1885年，熱愛數學的瑞典國王奧斯卡二世懸賞解決太陽系穩定性問題，其實是三體的變種。來自法國的33歲青年學者龐加萊接受了這壹挑戰。因為這個問題太復雜了，他決定從拉格朗日這樣相對簡單的限制性三體入手，試圖突破特解，找到普適的通解。
但在研究過程中，龐加萊發現這幾乎是不可能的。經過三年的努力，他斷定這個問題不能徹底解決，決定到此為止。龐加萊將自己的研究成果發給論文評審委員會，並在論文開頭寫了壹句話:“群星不可超越。”
龐加萊沒有解決三體，但他仍然因為在這個問題上的貢獻獲得了1888瑞典國王獎。
這還沒完。在後續的研究中，龐加萊發現三體的根源在於，在三體系統中，只要壹個天體的初始數據由於引力的相互幹擾而稍有變化，後續的情況就可能大不相同，計算結果就會千差萬別，從而導致計算結果毫無意義。當時龐加萊試著畫了壹些運動軌跡，卻發現那些圖形太復雜太混亂，根本畫不出來！
其實這是壹個典型的混沌系統，會將初始條件的最小差異無限放大。隨著時間的推移，這種最初的變化會使整個系統的運動完全不同，使我們無法計算。就像描述混沌理論的那句名言:“巴西雨林中壹只蝴蝶扇動翅膀，可能會在德克薩斯州引起壹場龍卷風。”三體也是如此。
混沌理論是20世紀僅次於相對論和量子力學的第三大基礎科學成就，但龐加萊通過研究三體證明了系統初始條件的敏感性，這是混沌理論最早的研究。
超乎想象的行星軌道
從牛頓到龐加萊，那些才華橫溢的數學家做了各種嘗試，最終承認不可能找到三體的壹般解，只能找到壹個特殊解(特定條件下的特殊軌道)。
但是，特解也很難獲得，很難找到任何壹種解。空間中三個物體的顯示方式有無數種，需要找到合適的初始條件(如起點、速度等。)系統才能回到起點，反復運行。拉格朗日首先提出了壹些解決方案，直到20世紀70年代，科學家才在現代計算機的幫助下找到了壹些新的解決方案。拉格朗日發現的是三個等距的物體在橢圓軌道上旋轉，就像旋轉木馬壹樣；新發現的那個叫8字形，3個物體在8字形軌道上互相追逐；還有壹個更復雜的。兩個天體在軌道裏來回橫沖直撞，軌跡亂七八糟，但第三個天體在外層自轉更有規律。
經過幾十年的探索，不久前，科學家們發現了三體更多的特殊解決方案。這些特解的軌道都很奇怪，其中有壹個復雜多變，看起來就像壹堆亂七八糟的面條，但三體在經過這個亂七八糟的“面條軌道”後，仍然可以從初始條件回到初始狀態。
這些奇怪的軌跡在現實宇宙中能找到嗎？到目前為止，太陽系中除了拉格朗日計算的三體類型，其他類型都是理論模型。科學家推測，那些奇形怪狀的三體系統只能出現在致密的球狀星團中，那裏的恒星太多了，幾乎沒有行星的空間，更不用說生命了。作為壹部小說，以高超的技術設定三體文明是可能的，但沒有科學依據。小說中描述的三體星球上的場景，在宇宙中是不可能的。