天文学家终于找到答案:宇宙并不是分形的

中国北京时间 6 月 2 日信息，据海外新闻媒体，天文学家已经贴近一个历史悠久难题的回答。几十年来，宇宙学者一直想要知道宇宙的超大尺度构造是不是分形的，即不管在多少的限度上，宇宙看上去都具备类似的样子。在完成了对诸多星系的规模性调研后，专家总算找到回答：宇宙并并不是分形的，但在某种意义上，却又好像分形的。

20 新世纪初，埃德温・哈勃首先发觉了我们与仙女座星系（离太阳系近期的星系）中间的极大间距，天文学家们也逐渐意识到，宇宙的浩瀚无垠基本上是无法想象的。另一方面，天文学家也观察到撒落的星系，近远都是有。因此，一个难题很当然地提了出去：这种星系的排序是有规律性的，或是彻底任意的？

最初，这一切看上去是很任意的。天文学家看到了极大的星系团，每一个星系团包括上百个乃至大量的星系；也是有一些小得多的星系群，有的星系则独自一人在宇宙中流荡。从这种观察結果看来，宇宙好像并没什么客观性的方式。

天文学家对于此事并不在意。一直以来，她们一直假定存有一种名叫“宇宙论标准”（cosmological principle）的定义，即宇宙大部分是匀质（各个地方基本相同）和各向异性的（不管你往哪一个方位看都基本相同）。一系列任意的星系和星系团恰好合乎这一标准。

但在 20 新世纪 70 时代末，星系调研更为深层次，逐渐揭露星系排序中展现的方式。除开星系团，也有较长、细细的的超大尺度纤维组织；在宇宙超大尺度结构中，也有说白了的“万里长城”，又称之为“巨墙”，星系和星系团的遍布并不匀称，只是连结为条形构造，有的乃至长达 5 亿光年，宽 3 亿光年，而且有 1500 万光年那麼厚；随后是“裂缝”，即纤维构造中间的室内空间，只包括非常少或彻底不包含一切星系。天文学家将全部这一切称之为“宇宙网”。这类方式违背了宇宙论标准，由于这代表着宇宙的大面积地区看上去与别的大面积地区并不一致。

因而，有关宇宙超大尺度结构的方式，或许也有大量的小故事。

宇宙中的宇宙

一个有意思的见解来源于一位数学家、分形之父本华・曼德博（Benoit Mandelbrot）。分形难以界定，但大家凭感觉就能了解：他们是反复的几何图形，不管放缩几倍，其每一个一部分都（最少类似地）是总体放缩后的样子。本华・曼德博并沒有创造发明“分形”这一定义 —— 一位数学家们对自类似方式的科学研究早已有好多年了 —— 但他造就了“分形”（fractal）这个词，并推动了对这一定义的当代科学研究。

分形经常可以看到。把小雪花的一个角变大，你能见到小型小雪花；变大树技，你能见到小型的树技；变大海域，你能见到缩微的海域。在大自然中，分形在大家的周边基本上无所不在，而分形的数学课使大家可以了解宇宙中各式各样的自类似构造。

本华・曼德博猜想，假如分形无所不在，那麼或许全部宇宙便是一个分形。或许大家见到的星系排序方式是较大分形很有可能的开始。或许，如果我们对宇宙构造的调研充足高精密，便会发觉在其中所掩藏的构造 —— 宇宙网里的宇宙网，铺满全部宇宙直至浩瀚无垠界线。

匀质性的宇宙限度

伴随着天文学家对宇宙网的掌握愈来愈多，她们对爆发的历史时间的掌握也更为深层次，并想到了各种各样方式 来表述宇宙中存有的超大尺度方式。这种基础理论预测分析称，宇宙依然是匀质的，只不过在比天文学家以前观查到的大很多的限度上。

分形宇宙的最后磨练直至21世纪才会来临，到时候真真正正经营规模巨大的调研，如斯隆数据巡天（SDSS），将可以制作数百万个星系的部位，制作出一幅宇宙网的图象，其经营规模从来没有。

假如分形宇宙的见解是恰当的，那麼能够相见，大家所在的部分宇宙互联网将嵌在一个更高的宇宙互联网中。假如这一见解是错的，那麼在某一零界点上，宇宙网将不会再是一个宇宙网，只是一个任意的，充足大的“宇宙块”，看上去（在统计分析上）应当如同一切别的任意的块。結果便是匀质性，只不过在一个令人吃惊的限度上。你需要越过大概 3 亿光年，才会发觉宇宙趋向匀质。

宇宙肯定并不是分形的，但宇宙网的一些一部分依然具备有意思的分形特性。比如，被称作“晕”的暗能量团安装着星系及星系团，产生嵌入构造和子结构；暗能量晕也包括着次级线圈和次次级线圈的支系构造。

宇宙中的裂缝并不是彻底是空无一物的。他们的确包括极少数暗淡的矮星系，而他们就排序在一个细致、较稀的宇宙网里。在电子计算机仿真模拟中，这类构造中的亚裂缝內部也包括着其本身的宇宙网。

因而，虽然宇宙做为一个总体并不是分形的，本华・曼德博的见解也毫无根据，但大家依然能够在宇宙中的任何地方观查到分形。