آیا الگویی برای جهان وجود دارد؟

اخترشناسان در حال دریافت پاسخ به یک سؤال قدیمی هستند.

خوشه های کهکشان در "وب کیهانی"..

برای چندین دهه ، کیهان شناسان تعجب کرده اند که آیا ساختار در مقیاس بزرگ ازجهانیک فراکتال است - یعنی اگر به نظر می رسد یکسان باشد ، هر چقدر هم مقیاس بزرگ باشد. پس از اتمام نظرسنجی های گسترده از کهکشان ها ، سرانجام دانشمندان پاسخی دارند: نه ، اما نوع ، به نوعی.

در اوایل قرن بیستم ، اخترشناسان - شروع ازادوین هابلو کشف او از فاصله عظیم تاآندرومدا، نزدیکترین کهکشان به خودمانراه شیری- شروع به درک اینکه جهان تقریباً غیرقابل تصور گسترده است. آنها همچنین آموخته اند که ما می توانیم کهکشانهایی را که در نزدیکی و دور پراکنده شده اند ، ببینیم. و بنابراین ، به طور طبیعی ، سوالی پیش آمد: آیا نوع الگویی برای چیدمان آن کهکشان ها وجود دارد یا کاملاً تصادفی است؟

در ابتدا ، تصادفی به نظر می رسید. اخترشناسان غول را دیدندخوشه های کهکشان، هر یک حاوی هزار یا بیشتر کهکشان. و همچنین گروه های بسیار کوچکتر از کهکشان ها و کهکشان ها به خودی خود آویزان بودند. روی هم رفته ، مشاهدات به نظر می رسد که گویی هیچ الگوی اصلی برای کیهان وجود ندارد.

و اخترشناسان با این کار خوب بودند. آنها مدتهاست که ایده ای به نام اصل کیهان شناسی را فرض کرده بودند - یعنی اینکه جهان اکثراً همگن است (تقریباً از مکان به مکان دیگر یکسان است) و ایزوتروپیک (تقریباً یکسان است که مهم نیست که کدام جهت را نگاه کنید). دسته ای از کهکشان ها و خوشه های تصادفی درست در این اصل قرار می گیرند.

اما در اواخر دهه 1970 ، بررسی های کهکشان به اندازه کافی پیشرفته شد تا آغاز یک الگوی را در ترتیب کهکشان ها آشکار کند. علاوه بر خوشه ها ، رشته های طولانی و نازک کهکشان ها نیز وجود داشت. دیوارهای گسترده ای وجود داشت. و سپس حفره ها وجود داشت - وسعت وسیعی از هیچ چیز. اخترشناسان آن را نامیدندشبکه کیهانیواداین الگوی باعث نقض اصل کیهان شناسی می شود ، زیرا این بدان معنی است که مناطق بزرگ جهان مانند سایر مناطق بزرگ جهان به نظر نمی رسد.

بنابراین شاید بیشتر داستان وجود داشته باشد.

یک جهان در یک جهان

یک پیشنهاد از ریاضیدان آمده استبینویت ماندلبوت، پدر فراکتال. تعریف فراکتال ها به طرز ناامید کننده ای سخت تعریف می شوند ، اما می توانند به اندازه کافی ساده برای Intuit باشند: آنها الگویی هستند که هر چقدر هم که در آن بزرگنمایی یا خارج شوید تکرار می شوند. Mandelbrot مفهوم فراکتال ها را اختراع نکرد-ریاضیدانان در سنین مختلف الگوهای خود را مطالعه کرده بودند-اما او کلمه "فراکتال" را ابداع کرد و در مطالعه مدرن ما از مفهوم به وجود آورد.

شیاطینهمه جا هستنداگر در نقطه ای از برف بزرگنمایی کنید ، برف های مینیاتوری را می بینید. اگر روی شاخه های یک درخت بزرگنمایی کنید ، شاخه های مینیاتوری را می بینید. اگر در یک خط ساحلی بزرگنمایی کنید ، خطوط ساحلی مینیاتوری را می بینید. فراکتال ها ما را در طبیعت احاطه کرده اند ، و ریاضیات فراکتال به ما این امکان را داده است تا تنوع گسترده ای از ساختارهای خود را در جهان درک کنیم.

اگر فراکتال ها در همه جا وجود داشته باشد ، ماندلبروت حدس می زند ، شاید کل جهان یک فراکتال باشد. شاید آنچه ما به عنوان الگوی در ترتیب کهکشان ها دیدیم ، مراحل ابتدایی بزرگترین فراکتال ممکن بود. شاید اگر ما نظرسنجی های پیچیده ای را انجام داده ایم ، ساختارهای لانه سازی را پیدا می کنیم - شبکه های کیهانی در شبکه های کیهانی ، و کل جهان را به بی نهایت پر می کنیم.

همگن و پاستوریزه

همانطور که اخترشناسان اطلاعات بیشتری در مورد وب کیهانی کشف کردند ، آنها در مورد تاریخچه اطلاعات اطلاعات بیشتری کسب کردندمهبانگ، و آنها راه هایی برای توضیح وجود الگوهای در مقیاس بزرگ در جهان ارائه دادند. این تئوری ها پیش بینی می کردند که جهان هنوز هم همگن است ، فقط در مقیاس های بسیار بزرگتر از آنچه که ستاره شناسان قبلاً مشاهده کرده بودند.

آزمایش نهایی یک جهان فراکتالی تا این قرن انجام نمی شود ، هنگامی که نظرسنجی های غرغرهایی ، مانند بررسی Sloan Digital Sky ، توانسته است مکان های میلیون ها کهکشان را ترسیم کند ، نقاشی یک پرتره از وب کیهانی را که هرگز مشاهده نشده استقبل از.

اگر ایده جهان فراکتال صحیح است ، پس باید وب کیهانی محلی خود را که در داخل یک وب کیهانی بسیار بزرگتر تعبیه شده است ، ببینیم. اگر اشتباه باشد ، در بعضی مواقع ، وب کیهانی باید از یک وب کیهانی متوقف شود و یک تکه تصادفی و بزرگ به اندازه بزرگ جهان باید مانند هر تکه تصادفی دیگر (از نظر آماری) به نظر برسد.

نتیجه همگن است ، اما در مقیاس ذهن. قبل از اینکه جهان همگن ظاهر شود ، باید حدود 300 میلیون سال نوری پیش بروید.

جهان قطعاً یک فراکتال نیست ، اما بخش هایی از وب کیهانی هنوز هم خاصیت فراکتال مانند دارند. به عنوان مثال ، توده هایماده تاریکبه نام "هاله" که میزبان کهکشان ها و خوشه های آنها هستند ، ساختارها و زیر ساختارهای تو در تو را تشکیل می دهند ، با هاله ها دارای زیر خانه های زیر و زیر دریایی در داخل آن هستند.

برعکس ، حفره های جهان ما کاملاً خالی نیستند. آنها حاوی چند کهکشان کوتوله ضعیف هستند ، و آن چند کهکشان در یک نسخه ظریف و ضعیف از وب کیهانی ترتیب داده شده اند. در شبیه سازی های رایانه ای ، زیر بندهای موجود در آن ساختار حاوی شبکه های کیهانی پرمخاطره خود نیز هستند.

بنابراین ، در حالی که جهان به عنوان یک کل یک فراکتال نیست - و ایده ماندلبروت از بین نرفت - ما هنوز هم می توانیم فراکتال ها را تقریباً در هر کجا که نگاه می کنیم پیدا کنیم.

با گوش دادن به قسمت بیشتر بدانید"آیا جهان یک فراکتال است؟"(در برگه جدید باز می شود) در پادکست Ask A Spaceman ، موجود درایتونز(در برگه جدید باز می شود) وaskaspaceman.com(در برگه جدید باز می شود). با تشکر از میچل L. برای سؤالاتی که منجر به این قطعه شد! سوال خود را در توییتر با استفاده از #askaspaceman یا با دنبال کردن پل بپرسیدpaulmattsutter(در برگه جدید باز می شود) وfacebook.com/paulmattsutter(در برگه جدید باز می شود).

به انجمن های فضایی ما بپیوندید تا در مورد آخرین ماموریت ها ، آسمان شب و موارد دیگر صحبت کنید! و اگر یک نکته خبری ، تصحیح یا اظهار نظر دارید ، به ما اطلاع دهید: [email protected].