新浪科技讯 北京时间6月2日新闻,据外洋媒体报道,天文学家正在靠近一个古老问题的谜底。几十年来,宇宙学家一直想知道宇宙的大尺度结构是否是分形的,即无论在多大的尺度上,宇宙看起来都具有相似的形状。在完成了对众多星系的大规模观察后,科学家们终于找到了谜底:宇宙并不是分形的,但在某种水平上,却又像是分形的。

20世纪初,埃德温・哈勃率先发现了我们与仙女座星系(离银河系最近的星系)之间的伟大距离,天文学家们也最先意识到,宇宙的众多险些是无法想象的。另一方面,天文学家也观察到了散落的星系,远近都有。于是,一个问题很自然地提了出来:这些星系的排列是有纪律的,照样完全随机的?

早先,这一切看起来是很随机的。天文学家看到了伟大的星系团,每个星系团包罗上千个甚至更多的星系;也有一些小得多的星系群,有的星系则独自在宇宙中游荡。从这些观察效果来看,宇宙似乎并没有什么普遍性的模式。

天文学家对此并不介意。耐久以来,他们一直假设存在一种名为“宇宙论原则”(co *** ological principle)的看法,即宇宙基本上是均质(各处大致相同)和各向同性的(无论你往哪个偏向看都大致相同)。一系列随机的星系和星系团正好相符这个原则。

但在20世纪70年月末,星系观察加倍深入,最先展现星系排列中出现的模式。除了星系团,另有很长、很细的大尺度纤维结构;在宇宙大尺度组织中,另有所谓的“长城”,又称为“巨墙”,星系和星系团的漫衍并不平均,而是连结成条状结构,有的甚至长达5亿光年,宽3亿光年,而且有1500万光年那么厚;然后是“朴陋”,即纤维状结构之间的空间,只包罗很少或完全不包罗任何星系。天文学家将所有这一切称为“宇宙网”。这种模式违反了宇宙论原则,由于这意味着宇宙的大片区域看起来与其他大片区域并纷歧致。

因此,关于宇宙大尺度组织的模式,也许另有更多的故事。

宇宙中的宇宙

一个有趣的看法来自数学家、分形之父本华・曼德博(Benoit Mandelbrot)。分形很难界说,但我们凭直觉就能明白:它们是重复的几何图案,无论缩放若干倍,其每个部门都(至少近似地)是整体缩放后的形状。本华・曼德博并没有发现“分形”这个看法――数学家们对自相似模式的研究已经有许多年了――但他缔造了“分形”(fractal)这个词,并引领了对这一看法的现代研究。

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分形随处可见。把雪花的一个角放大,你会看到微型雪花;放大树枝,你会看到微型的树枝;放大海岸线,你会看到微缩的海岸线。在自然界中,分形在我们的周围险些无处不在,而分形的数学使我们能够明白宇宙中林林总总的自相似结构。

本华・曼德博预测,若是分形无处不在,那么也许整个宇宙就是一个分形。也许我们看到的星系排列模式是最大分形可能的劈头。也许,若是我们对宇宙结构的观察足够周详,就会发现其中所隐藏的结构――宇宙网中的宇宙网,填满整个宇宙直到众多界线。

均质性的宇宙尺度

随着天文学家对宇宙网的领会越来越多,他们对大爆炸的历史的领会也加倍深入,并想出了种种方式来注释宇宙中存在的大尺度模式。这些理论展望称,宇宙仍然是均质的,只不外是在比天文学家之前考察到的大得多的尺度上。

分形宇宙的最终磨练直到本世纪才会到来,届时真正规模重大的观察,如斯隆数字巡天(SDSS),将能够绘制数百万个星系的位置,绘制出一幅宇宙网的图像,其规模前所未见。

若是分形宇宙的看法是准确的,那么可以想见,我们所处的局部宇宙网络将嵌在一个更大的宇宙网络中。若是这一看法是错的,那么在某个临界点上,宇宙网将不再是一个宇宙网,而是一个随机的,足够大的“宇宙块”,看起来(在统计上)应该就像任何其他随机的块。效果就是均质性,只不外是在一个令人震惊的尺度上。你需要穿过约莫3亿光年,才会发现宇宙趋于均质。

宇宙绝对不是分形的,但宇宙网的某些部门仍然具有有趣的分形性子。例如,被称为“晕”的暗物质团承载着星系及星系团,形成嵌套结构和子结构;暗物质晕也包罗着次级和次次级的分支结构。

宇宙中的朴陋并非完全是空无一物的。它们确实包罗少数黯淡的矮星系,而它们就排列在一个细腻、稀薄的宇宙网中。在盘算机模拟中,这种结构中的亚朴陋内部也包罗着其自身的宇宙网。

因此,只管宇宙作为一个整体不是分形的,本华・曼德博的看法也站不住脚,但我们仍然可以在宇宙中的任何地方考察到分形。(任天)

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