宇宙正在展現與「生物」相似的一面

2023-04-02 04:49:17 2

宇宙中物質的分布呈現大規模的「蜘蛛網」結構。最近，一些科學家發現這種結構實際上非常類似於地球上的一種生物，這種相似性不僅僅是在形態學上...

宇宙大尺度結構模擬宇宙中物質的分布是不均勻的。它們主要以相互連接的超星系團和物質纖維的形式存在，否則它們就是巨大的空洞。

位於宇宙結構金字塔的頂端，這是一個超星系團，其次是星系團和星系團、單個星系和太陽系。這種等級結構被科學家稱為「宇宙蜘蛛網」。沒有人確切知道「宇宙蜘蛛網」是如何形成的。人們只能通過連續建模來模擬這種結構的演變。

最近，加利福尼亞大學的天文學家和計算器進行了一次有趣的嘗試，發現了一種神奇的生物和宇宙結構之間的許多相似之處。

是一種黏菌

一種名叫多頭絨泡菌的黏菌正在「尋找」食物。維基百科

黏菌是一種介於動物和真菌之間的單細胞原生動物，但它經常聚集在一起形成多細胞結構。當有足夠的食物時，它們以自己的方式行動；當缺少食物時，他們集體行動。在聚集狀態下，它們具有驚人的化學感知能力，能夠快速準確地找到食物。它們甚至可以長出「莖」來形成孢子。

黏菌有一個非常驚人的能力。科學家們相信他們可以建立最理想的分布式網絡來解決空間組織中的計算問題。

因此，計算機專家奧斯卡·埃萊克向領導這項研究的天體物理學家約瑟夫·伯切特建議，黏菌可以用來模擬物質在大尺度空間的分布，並使其結果可視化。

直到20世紀80年代，人們認為星系團是宇宙中最大的結構。據信這種結構是均勻分布的但是很快，超星系團和類星體被發現了越來越多的結構和洞出現在人們的視野中。已經發現超星系團可以通過巨大的纖維相互連接。只有這些纖維很難看到，它們是稀薄的氫。

和Burchett最初摒棄了用黏菌來模擬宇宙的想法。但後來他被說服了

Burchett為埃萊克提供了大量來自「斯隆數字天空調查」的數據這些數據包括37，000個星系及其空間分布的信息。

數據被輸入到一個算法中，該算法可以在三維空間中模擬粘菌行為結果令人驚訝。

出現「宇宙蜘蛛網」

Burchett認為，儘管模擬結果有些偶然，但不一定如此。黏菌總是試圖找到到達食物點的最佳方法。「宇宙蜘蛛網」的進化在某種程度上也是一樣的。儘管潛在的機制不同，但數學結構是相似的。

結果令人滿意但坦率地說，這只是一個視覺展示研究人員隨後決定進一步改進算法，以驗證他們更先進的模型。

暗物質出現

在某種意義上，宇宙的大尺度結構反映了暗物質在大尺度上的分布。星系是在由長纖維連接在一起的大暗物質暈中形成的。宇宙中暗物質的總量佔宇宙物質總量的85%。事實上，暗物質產生的重力決定了「常規」物質應該出現在哪裡。將

45萬個模擬暗物質暈的數據輸入到黏菌算法中，一個與「非黏菌」算法具有相同模擬結果的光纖網絡出現在人們眼前

黏菌再次成功除了複製宇宙網絡之外，

黏菌還使科學家有能力「預測」宇宙的大規模結構。

哈勃超深空美國宇航局/ESA

哈勃太空望遠鏡可以通過收集星系間氣體的光譜數據來觀察「宇宙蜘蛛網」由於星系間氣體本身不發光，哈勃只能通過觀察它們的光來研究遙遠的類星體。類星體發出的光穿過星系際空間介質後會在光譜中留下痕跡。多虧了黏菌，研究人員現在知道去哪裡找了。結果表明，哈勃的光譜數據還表明，在有纖維結構的「粘液宇宙」中有氣體，並且氣體離纖維的「核心」越近，氣體的密度越高。

Burchett說，這是第一次人們可以從全球角度定量研究星系際介質的密度。這一結果不僅證實了宇宙學模型預測的蛛網結構的存在，也加深了我們對星系演化的理解。星系不是孤立的；它們是一個相互聯繫的整體。

黏菌使我們認識到不同領域合作的潛力宇宙學、天文學、計算機編程技術、生物學甚至藝術都可以相互合作來實現一個共同的目標。創造性建模和數據可視化也可以為人們理解複雜系統提供一個新的視角。

參考:
天文學家使用黏菌模型來揭示宇宙網的暗線。https://news.ucsc.edu/2020/03/cosmic-web.html
Revealing宇宙網的暗線