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:无论尺度如何,它看起来都是一样的。答案是:不,不完全是。但在某些方面,是的。听着,这很复杂。
我们的宇宙浩瀚得难以想象,包含了大约两万亿个星系。这些星系并不是随机分散的,而是聚集成一系列更大的结构。有这样的星系群,最多包含十几个星系。然后是星系团,它是一千个甚至更多星系的家园。在它们的上方是超星系团,它们在数百万光年的范围内扭曲缠绕。
这就是故事的结局吗?
在20世纪中期,伯努瓦·曼德尔布罗(Benoit Mandelbrot)将分形的概念带入主流。曼德尔布罗并没有发明分形的概念 —— 数学家们已经研究自相似模式很多年了 —— 但他确实创造了这个词,并引领了我们对这个概念的现代研究。分形的基本思想是,你可以用一个单一的数学公式来定义所有尺度的结构。换句话说,你可以放大和缩小一个分形,它仍然保持相同的形状。
分形在自然界无处不在,从树枝到雪花的边缘。曼德尔布罗自己也想知道宇宙是否是分形的。如果我们缩小,我们会看到同样的结构一次又一次地出现。
在某种程度上,这就是我们所看到的:宇宙中规模越来越大的层次结构。但是这种等级制度是有终结的。在一定的尺度上,大约3亿光年的跨度,宇宙变得均匀,这意味着不存在更大的结构,宇宙(在那个尺度上)从一个地方到另一个地方大致相同。
宇宙绝对不是分形的,但宇宙网的某些部分仍然具有有趣的分形性质。例如,被称为“晕”的暗物质团,它承载着星系和它们的星团,形成嵌套的结构和亚结构,晕包含着次晕,次次晕在其中。
相反,我们宇宙的空洞并不完全是空的。它们确实包含了一些微弱的矮星系,这些星系排列在一个微妙的、微弱的宇宙网络中。在计算机模拟中,该结构中的亚空洞也包含着它们自己的泡沫宇宙网。
所以,虽然整个宇宙不是分形的,曼德尔布罗的想法也没有成立,但我们仍然可以在几乎所有我们看到的地方找到分形。
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