用计算机也很难模拟的三黑洞系统有多混乱？

黑洞，可以说是宇宙中最神秘的天体之一了。这个不可思议的天体，在视界范围内完全藐视任何物理定律，让我们完全看不到它里面会发生什么。即使在视界范围之外，也有很大区域受到它恐怖引力的影响，变得十分混乱。质点周围存在的一个界面“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。

可是，在这个宇宙中，即使是黑洞也会不甘寂寞，有的时候凑成一对，组成双黑洞系统。在双黑洞系统内，空间会变得更加凌乱。

更让科学家震惊的是，2014年，南非开普敦大学的Roger Deane等人在《自然》期刊上发表文章，宣布他们发现了一个惊人的三黑洞系统。这个三黑洞系统，位于一个名叫 SDSS J150243.09+111557.3的星系中(我承认，对于你们来说，这个名字可能比三黑洞系统还要混乱)。早在这之前，天文学家就发现到它了，不过一直认为是类星体，后来才确定了三黑洞系统的身份。

2019年的时候，天文学家又在名为SDSS J084905.51+111447.2的系统中发现了另一个三黑洞系统。随后，天文学家利用广域红外巡天探测器”(WISE)和钱德拉X射线太空望远镜等设备进行了红外和X射线数据收集，确定了三黑洞系统的身份。他们指出，三个黑洞之间的距离在1-3万光年之间。而且，它们之间的距离正在逐渐缩小，未来很有可能相撞，引起一场宇宙中的巨大波澜。

但是，尽管天文学家们提出了这个说法，但目前仍不能精确地描述它们的轨迹和运行机制。葡萄牙阿威罗大学天文学家Tjarda Boekholt和他的同事们在4月份的《英国皇家天文学会月报》上发表文章称：即使你能在物理上尽可能精确地测量出三个黑洞的位置，你仍然可能不知道黑洞会去哪里。

很多人认为，通过现在的万有引力定律和爱因斯坦的相对论，我们应该可以很好地推测出一颗天体的运动模式。比如1846年，天文学家正是通过计算而发现了海王星。或者在现代，只要发现一颗近地小行星，我们就能基本上确定它何时会靠近地球、以多远的距离和我们擦肩而过而不会威胁到我们、甚至可以推算出10000年后我们将会看到怎样的星空。难道对于黑洞，反而无法计算了吗?

事实证明，还真是这样。因为黑洞的引力实在太强了，所以一些微小的因素变化就能导致巨大的差别。

他们解释说：这就是蝴蝶效应的体现之一。蝴蝶效应指的是一只在亚马逊雨林的蝴蝶扇动一下翅膀，可能会导致空气波动，最终掀起北美洲的一场风暴。对于三黑洞系统来说，情况也是如此。一点微小的引力、位置变化，就可能对最终结果造成巨大的差别。

Boekholt和他的同事们利用计算机，进行了相关的模拟。他们的想法是：如果三黑洞系统的运动对于位置等因素的变化没有那么敏感，那么只要让模拟中的三黑洞系统延时间流动方向运行到一定时间，然后让时间逆转、倒退回去，看看和最初的位置是否靠近即可。如果能回到原位，说明它们没有那么敏感;如果变化很大，那就证明我们将很难预言一个三黑洞系统会如何演化。

在这个过程中，他们只要设定好黑洞的基本信息，然后反复进行正向时间的模拟和时间逆流的模拟再做对比即可。这个模拟实验，所需要的变量不多。为什么呢?因为计算机的精度有限，它模拟不出一个无限不循环小数，只能精确到小数点后某一位。因此，即使平时计算时看起来已经非常精确了，但还没有达到完美。比如π，即使取到小数点后一万位，也仍然不等于π，只是尽量地近似于π。

他们就是要看看，这种微小的误差会造成多大的结果差异。

于是，他们开始模拟。在计算机中，三个黑洞开始运行。这个模拟进行了几千万年，得到了三个黑洞的最终位置。然后，再进行反演，通过这三个黑洞的最终位置和运动状态，倒推它们在几千万年前都在哪里。

反复实验的结果显示，很多情况下，他们倒推回去的黑洞位置，和最初已经有了很大的差别。

为了确定三黑洞系统对位置的差别有多么敏感，他们不断缩小误差，尽量精确。令人惊讶的是，即使三个黑洞的相对距离偏差了仅仅普朗克长度(1.6x10^-35米)，仍有5%的情况下会出现位置的偏差。

我们知道，普朗克长度已经是距离的极限了，我们不可能让距离更小了。这意味着，不仅我们对于黑洞的演化很难推测，也很难对现在这些黑洞的过去有一个非常准确的反演。

这让我想起了比特币所涉及到的哈希运算：正向计算很简单，但是用结果推测最初的自变量极难，或者说几乎不可能。而三黑洞系统，由于精度、影响因素繁多等原因，甚至连正向计算都极难。

双星系统至少从我们已知的领域来说，孕育生命的概率不太高，就更不用说三体系统了。我们大概率相信，未来人类也许有足够先进的科技，能够解开这些复杂的“运算”，把握双星、三星、三黑洞甚至更复杂的宇宙系统的运行规律。