焦點日報：星系模式排列有什么規律，分形的，還是隨機變化的？

星系之變，變在何處，排列是否有規律？

宇宙有固定的模式嗎？

(資料圖片)

天文學家對于一個古老的問題有了答案

“宇宙網”中的星系團

（圖源：K. Dolag, Universit?ts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universit?t München, Germany）

幾十年來，宇宙學家一直好奇，宇宙大尺度結構是否是分形的——也就是說，是否大小如何他都看起來是相同的。在對大量有關星系做出研究調查后，科學家們最終得出結論：并非如此，但有些是這樣。

在20世紀初期，自從埃德溫·哈勃發現M31的距離遠遠超過了銀河的大小之后，宇航員們開始逐漸意識到宇宙是浩瀚無際的。除此之外，他們也發現我們可以看到星星點點，忽近又忽遠。于是一個問題油然而生：這些星系的排列是有規律的嗎？還是完全隨機的呢？

起初，它看似是隨機排布的。天文學家看到巨大的星系團，每個星系團包含了幾千個星系。同樣也有很多小星系，自己獨立存在于其中。總而言之，這些觀測結果使它看起來好像沒有所謂的排列模式。

天文學家也同意這點。他們很久前提出了做宇宙學原理，是指宇宙大多是時是同質（大概指一個地方至另一個地方）同性（大概指無論從哪個方向看都相同）的。且有大量的星系和星系群均符合這一原理。

但到了19世紀70年代末，有關星系的研究開始變得復雜專業起來，科學家開始揭示星系排列模式的起源。除了星系群之外，星系本身是如同絲線般細長的形狀。這之間除了有廣闊的壁壘，還有廣闊且浩瀚的無垠宇宙。天文學家將之稱為宇宙網。這種模式有悖于宇宙學原理，因為這片大區域看起來不像宇宙中其他大區域一樣。

宇宙中的宇宙

分形學之父、數學家本華·曼德博（Benoit Mandelbrot）提出了一個假設。他認為人們很難給分形一個定義，但這又是個顯而易見的事情，直覺告訴我們：無論我們怎樣探其究竟，這些都是一直重復的。數學家們多年來一直在研究自相似模式，曼德博并沒有提出分形的定義，但他卻創造了“分形”這個詞，也推動了現代分形的研究。

分形可以說無處不在。例如：將雪花上的一點無限放大，你就會從微觀角度看到一個雪花。如果你將一顆樹枝無限放大，就會從微觀角度看到樹枝。如果再將海岸線放大，那么就會看到微型海岸線。分形在自然界中隨處可見，分形的數學使得我們可以理解宇宙中各種各樣的自相似結構。

既然如此，那么曼德博猜想，也許整個宇宙就是一個分形，也許我們看到的星系排列模式是分形的初始形態。又或許只要經過我們不懈的調查和探索，就會發現嵌套結構——宇宙網中存在著宇宙網，他們充斥這整個宇宙。

均質化和巴氏殺菌

隨著天文學家對宇宙網研究的不斷深入，人們開始逐漸了解宇宙大爆炸，并對宇宙中大尺度流型為什么存在做出解釋。這些理論證實了宇宙的均質性，且相較于天文學家先前的研究來說，此次的研究更加全面。

對于分型宇宙的最終考驗要等到本世紀，屆時斯隆數字巡天（Sloan Digital Sky Survey）等類似真正大規模的調查就已經可以繪制出數百萬個星系的位置，并可以畫出宇宙網的大致形狀，這是以前的技術做不到的。

分形宇宙如果是真實存在的，那么我們所看到的宇宙應該是存在于另一個更龐大的宇宙之中的。如果不存在，那么將來某個時候，宇宙網就不應該稱為宇宙網，而是一個隨機排布的且與其他不同。

宇宙不是分形的，但宇宙網其中一部分仍然是分形的，這是個有趣的現象。例如，一種稱為“暈圈”的暗物質團塊，其中包含著子暈和子亞暈，它們承載著星系及其星系團，形成嵌套結構和子結構。

反之，我們的宇宙并非是完全空洞的，這其中存在著一些微弱的矮星系，而這幾個星系排列在微弱的宇宙網中。計算機模擬時，該結構的子空隙中存在著其獨特的宇宙網。

BY:Paul Sutter

FY:小發

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標簽： 天文學家 宇宙學原理 嵌套結構