宇宙真的存在边界吗?如果放大再放大,会出现细思极恐的事情
2018年10月,《新科学家》杂志发布了一则意大利科学家的最新研究,他们发现了一个巨大的超星系团,并认为其已经打破了形成最早、质量最大的记录。
不少国内的媒体,将其报道翻译成了“宇宙墙”,甚至说它为宇宙划分出了边界。
那么,宇宙真的存在边界吗?为什么说,当你将宇宙放大再放大后,细思极恐的事情就会出现呢?
自从人类学会仰望星空之后,我们对宇宙的思考就从未停止过。
过去我们总认为宇宙是有边界的,也有开始和死亡的时间,这符合人类所见的万事万物规律。却没想过,若是宇宙就是制定规则的那个“人”呢?
这是否意味着它可以在规则之外行事?
以咱们在上文中提到的那则新闻为例,不少媒体将其翻译成宇宙墙,甚至说它是宇宙的边界所在。
但这种说法其实是错误的,因为早在上世纪八十年代左右,科学家就已经有过类似的发现了,这些结构的范围很大、跨度惊人,所以被人们戏称为“great wall”,本质上并不是真正的墙,或者是宇宙边界。
宇宙墙的说法本身没有意义
大部分科学家都认为宇宙是有边无界的,他们将其形容成马鞍式或者甜甜圈式,这样的举例更方便大家去理解。当然,有时候大家也会误将可观测宇宙半径的极限,当成是宇宙的边界。
殊不知,其实在可观测宇宙之外,还有着更多未知的东西。
再者,宇宙一直都在膨胀,膨胀的速度甚至超过了人类已知的最快速度“光速”,在这种情况下,宇宙即使有边界,咱们也无法观察到。
因此,在宇宙边界之争的讨论当中,绝大多数科学家都认为,宇宙作为“规则本身”,它的存在可能是跳脱于规则之外的。
不过,我们倒是可以尝试放大宇宙的图像,看看不同距离下,宇宙的图景会有什么意想不到的变化。
首先让我们来看看站在10亿光年的位置看宇宙,它是什么模样。
从图片上来看,这里的星点数量比较少,只有几个部位的星点较为密集,看不出有什么规律,就像是随机撒了一把“芝麻粒”一样。
其次,再让我们来一步步将宇宙放大,看看在距离不断拉近的情况下,宇宙的图景将会产生怎样惊人的变化。
当我们将宇宙放大到1亿光年位置的时候,就会发现,星点的数量明显比10亿光年要多,但是刚才那张图里星点密集的部分,在这里依旧没有太大的变化。
当然,其中囊括的数量,可能也要比上一张图更多一些。
显然,在单位以亿光年为主的时候,距离还是太远了,所以我们直接将数值进一步缩减,把宇宙放大至1000万光年的位置进行观察。
在这张图中,星点的数量明显减少了一些,但是它们的大小却有变化,可以说,相较于之前的小芝麻粒,这些星点更大更亮。
再继续拉近距离,把宇宙放大至1000光年的位置,图片中的星点变得更加密集,它们有的簇拥在一起,似乎对彼此有着某种吸引力。
如果再继续放大到10000亿公里,就能够看到咱们所处的太阳系了,只不过此时的太阳系就像是画在黑色幕布上的简笔画,丝毫没有一个“独立星系”应有的气质,看起来非常的迷你。
当然,此时位于太阳系中的地球也显得更小了。
接下来,按照一定比例接着放大宇宙,我们会渐渐看到地球的全貌,看到地表上错综复杂的河流水系,看到密密麻麻如同星点一样的“人群”,看到人皮肤上的纹路。
若是一直放大下去,还能够直接抵达微观领域,在这里,大家能看到人体当中的血管、细胞、细胞当中的结构等等。
而当放大的倍数到了这一阶段时,不少人就会感到细思极恐,因为图片中的情况似乎与10亿光年位置的图片十分相似,起码看起来都是星点零散地分布在其中。
仔细观察之下你就会发现,大到宏观宇宙,小到微观结构,它们似乎都是出自于同一套系统。
这就是分形几何和宇宙的自相似性,早在上世纪,就已经有科学家发现了这一神奇之处,并且创造了相关的理论。
分形几何又叫作大自然的几何学,它研究的目标和对象都是自然界中一些很常见的东西,比如说蜿蜒曲折的海岸线、交错的树枝、复杂的叶片脉络等等。
这些看似毫无关联的东西,在分形几何的视角之下,都具有相似性。
简单来说,分形几何认为客观事物具有自相似的层次结构。
若是我们带着这样的认知去观察宏观宇宙和微观世界,就能体会到“自相似性”到底是什么意思。
咱们以宇宙模型和原子模型来说,在当代物理学认知中,宇宙内部的大部分空间都是真空的,而这个范围之内稀疏地分布着各种星团。
这个模型,其实就和咱们前面放大观察宇宙的情况差不多。以此类推下去,星团中的星系,星系中的星体,从本质上都是按照相同的物理规律分布的。
至于原子模型就是微观层面宇宙自相似性的体现,基本的原子模型是由原子核和核外电子构成的,其模型的构造和宏观尺度上星系的结构非常像。
比如在咱们的太阳系当中,太阳就居于原子核的位置,其重要程度也与之类似。
此外,人脑、互联网、人与人的社交网络以及宇宙网也有着自相似性。
对于这些东西的自相似性,加利福尼亚大学的某个研究小组,曾做过专门的考察,并且将相关研究结果发表在了《自然·科学报告》的网站上。
根据资料来看,研究人员利用了超级计算机的强大算力,模拟出了宇宙。然后再加入其他的计算之后,证明了在宇宙当中,有一个描述大尺度时空结构因果关系的曲线图,它看起来就像是幂函数曲线。
让人诧异的是,这个幂函数曲线和人类创造的互联网、生物网络,甚至是交际网都有着一定的相似性。
“人们最常问到的是,复杂网络和宇宙之间的渐趋一致性,是否只是一种巧合?”互联网数据分析联合会的克里奥科夫说,“虽然有可能,但巧合的概率是极低的。对于这种相似性总会有一种解释,虽然可能并不明显。”
由此可见,当你将这宇宙像洋葱一样一层层剥开之后,就会发现它远比你想象的还要神秘和恐怖。
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