新浪科技訊 北京時間6月2日消息，據國外媒體(ti) 報道，天文學家正在接近一個(ge) 古老問題的答案。幾十年來，宇宙學家一直想知道宇宙的大尺度結構是否是分形的，即無論在多大的尺度上，宇宙看起來都具有相似的形狀。在完成了對眾(zhong) 多星係的大規模調查後，科學家們(men) 終於(yu) 找到了答案：宇宙並不是分形的，但在某種程度上，卻又像是分形的。

　　20世紀初，埃德溫·哈勃率先發現了我們(men) 與(yu) 仙女座星係（離銀河係最近的星係）之間的巨大距離，天文學家們(men) 也開始意識到，宇宙的浩瀚幾乎是無法想象的。另一方麵，天文學家也觀測到了散落的星係，遠近都有。於(yu) 是，一個(ge) 問題很自然地提了出來：這些星係的排列是有規律的，還是完全隨機的？

　　起初，這一切看起來是很隨機的。天文學家看到了巨大的星係團，每個(ge) 星係團包含上千個(ge) 甚至更多的星係；也有一些小得多的星係群，有的星係則獨自在宇宙中遊蕩。從(cong) 這些觀測結果來看，宇宙似乎並沒有什麽(me) 普遍性的模式。

　　天文學家對此並不介意。長期以來，他們(men) 一直假設存在一種名為(wei) “宇宙論原則”（cosmological principle）的概念，即宇宙基本上是均質（各處大致相同）和各向同性的（無論你往哪個(ge) 方向看都大致相同）。一係列隨機的星係和星係團正好符合這個(ge) 原則。

　　但在20世紀70年代末，星係調查更加深入，開始揭示星係排列中呈現的模式。除了星係團，還有很長、很細的大尺度纖維結構；在宇宙大尺度構造中，還有所謂的“長城”，又稱為(wei) “巨牆”，星係和星係團的分布並不均勻，而是連結成條狀結構，有的甚至長達5億(yi) 光年，寬3億(yi) 光年，並且有1500萬(wan) 光年那麽(me) 厚；然後是“空洞”，即纖維狀結構之間的空間，隻包含很少或完全不包含任何星係。天文學家將所有這一切稱為(wei) “宇宙網”。這種模式違反了宇宙論原則，因為(wei) 這意味著宇宙的大片區域看起來與(yu) 其他大片區域並不一致。

　　因此，關(guan) 於(yu) 宇宙大尺度構造的模式，也許還有更多的故事。

　　宇宙中的宇宙

　　一個(ge) 有趣的觀點來自數學家、分形之父本華·曼德博（Benoit Mandelbrot）。分形很難定義(yi) ，但我們(men) 憑直覺就能理解：它們(men) 是重複的幾何圖案，無論縮放多少倍，其每個(ge) 部分都（至少近似地）是整體(ti) 縮放後的形狀。本華·曼德博並沒有發明“分形”這個(ge) 概念——數學家們(men) 對自相似模式的研究已經有很多年了——但他創造了“分形”（fractal）這個(ge) 詞，並引領了對這一概念的現代研究。

　　分形隨處可見。把雪花的一個(ge) 角放大，你會(hui) 看到微型雪花；放大樹枝，你會(hui) 看到微型的樹枝；放大海岸線，你會(hui) 看到微縮的海岸線。在自然界中，分形在我們(men) 的周圍幾乎無處不在，而分形的數學使我們(men) 能夠理解宇宙中各種各樣的自相似結構。

　　本華·曼德博猜測，如果分形無處不在，那麽(me) 也許整個(ge) 宇宙就是一個(ge) 分形。也許我們(men) 看到的星係排列模式是最大分形可能的開端。也許，如果我們(men) 對宇宙結構的調查足夠精密，就會(hui) 發現其中所隱藏的結構——宇宙網中的宇宙網，填滿整個(ge) 宇宙直到浩瀚界限。

　　均質性的宇宙尺度

　　隨著天文學家對宇宙網的了解越來越多，他們(men) 對大爆炸的曆史的了解也更加深入，並想出了各種方法來解釋宇宙中存在的大尺度模式。這些理論預測稱，宇宙仍然是均質的，隻不過是在比天文學家之前觀察到的大得多的尺度上。

　　分形宇宙的最終考驗直到本世紀才會(hui) 到來，屆時真正規模龐大的調查，如斯隆數字巡天（SDSS），將能夠繪製數百萬(wan) 個(ge) 星係的位置，繪製出一幅宇宙網的圖像，其規模前所未見。
 

　　如果分形宇宙的觀點是正確的，那麽(me) 可以想見，我們(men) 所處的局部宇宙網絡將嵌在一個(ge) 更大的宇宙網絡中。如果這一觀點是錯的，那麽(me) 在某個(ge) 臨(lin) 界點上，宇宙網將不再是一個(ge) 宇宙網，而是一個(ge) 隨機的，足夠大的“宇宙塊”，看起來（在統計上）應該就像任何其他隨機的塊。結果就是均質性，隻不過是在一個(ge) 令人震驚的尺度上。你需要穿過大約3億(yi) 光年，才會(hui) 發現宇宙趨於(yu) 均質。

　　宇宙絕對不是分形的，但宇宙網的某些部分仍然具有有趣的分形性質。例如，被稱為(wei) “暈”的暗物質團承載著星係及星係團，形成嵌套結構和子結構；暗物質暈也包含著次級和次次級的分支結構。

　　宇宙中的空洞並非完全是空無一物的。它們(men) 確實包含少數黯淡的矮星係，而它們(men) 就排列在一個(ge) 精細、稀薄的宇宙網中。在計算機模擬中，這種結構中的亞(ya) 空洞內(nei) 部也包含著其自身的宇宙網。

　　因此，盡管宇宙作為(wei) 一個(ge) 整體(ti) 不是分形的，本華·曼德博的觀點也站不住腳，但我們(men) 仍然可以在宇宙中的任何地方觀察到分形。

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