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今日播报!星系模式排列有什么规律，分形的，还是随机变化的？

来源：科普中国

星系之变，变在何处，排列是否有规律？


(资料图片)

宇宙有固定的模式吗？

天文学家对于一个古老的问题有了答案

“宇宙网”中的星系团

（图源：K. Dolag, Universitäts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany）

几十年来，宇宙学家一直好奇，宇宙大尺度结构是否是分形的——也就是说，是否大小如何他都看起来是相同的。在对大量有关星系做出研究调查后，科学家们最终得出结论：并非如此，但有些是这样。

在20世纪初期，自从埃德温·哈勃发现M31的距离远远超过了银河的大小之后，宇航员们开始逐渐意识到宇宙是浩瀚无际的。除此之外，他们也发现我们可以看到星星点点，忽近又忽远。于是一个问题油然而生：这些星系的排列是有规律的吗？还是完全随机的呢？

起初，它看似是随机排布的。天文学家看到巨大的星系团，每个星系团包含了几千个星系。同样也有很多小星系，自己独立存在于其中。总而言之，这些观测结果使它看起来好像没有所谓的排列模式。

天文学家也同意这点。他们很久前提出了做宇宙学原理，是指宇宙大多是时是同质（大概指一个地方至另一个地方）同性（大概指无论从哪个方向看都相同）的。且有大量的星系和星系群均符合这一原理。

但到了19世纪70年代末，有关星系的研究开始变得复杂专业起来，科学家开始揭示星系排列模式的起源。除了星系群之外，星系本身是如同丝线般细长的形状。这之间除了有广阔的壁垒，还有广阔且浩瀚的无垠宇宙。天文学家将之称为宇宙网。这种模式有悖于宇宙学原理，因为这片大区域看起来不像宇宙中其他大区域一样。

宇宙中的宇宙

分形学之父、数学家本华·曼德博（Benoit Mandelbrot）提出了一个假设。他认为人们很难给分形一个定义，但这又是个显而易见的事情，直觉告诉我们：无论我们怎样探其究竟，这些都是一直重复的。数学家们多年来一直在研究自相似模式，曼德博并没有提出分形的定义，但他却创造了“分形”这个词，也推动了现代分形的研究。

分形可以说无处不在。例如：将雪花上的一点无限放大，你就会从微观角度看到一个雪花。如果你将一颗树枝无限放大，就会从微观角度看到树枝。如果再将海岸线放大，那么就会看到微型海岸线。分形在自然界中随处可见，分形的数学使得我们可以理解宇宙中各种各样的自相似结构。

既然如此，那么曼德博猜想，也许整个宇宙就是一个分形，也许我们看到的星系排列模式是分形的初始形态。又或许只要经过我们不懈的调查和探索，就会发现嵌套结构——宇宙网中存在着宇宙网，他们充斥这整个宇宙。

均质化和巴氏杀菌

随着天文学家对宇宙网研究的不断深入，人们开始逐渐了解宇宙大爆炸，并对宇宙中大尺度流型为什么存在做出解释。这些理论证实了宇宙的均质性，且相较于天文学家先前的研究来说，此次的研究更加全面。

对于分型宇宙的最终考验要等到本世纪，届时斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）等类似真正大规模的调查就已经可以绘制出数百万个星系的位置，并可以画出宇宙网的大致形状，这是以前的技术做不到的。

分形宇宙如果是真实存在的，那么我们所看到的宇宙应该是存在于另一个更庞大的宇宙之中的。如果不存在，那么将来某个时候，宇宙网就不应该称为宇宙网，而是一个随机排布的且与其他不同。

宇宙不是分形的，但宇宙网其中一部分仍然是分形的，这是个有趣的现象。例如，一种称为“晕圈”的暗物质团块，其中包含着子晕和子亚晕，它们承载着星系及其星系团，形成嵌套结构和子结构。

反之，我们的宇宙并非是完全空洞的，这其中存在着一些微弱的矮星系，而这几个星系排列在微弱的宇宙网中。计算机模拟时，该结构的子空隙中存在着其独特的宇宙网。

BY:Paul Sutter

FY:小发

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关键词： 天文学家 宇宙学原理 嵌套结构

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