Существует ли закономерность во Вселенной?
За всё время своего существования люди постоянно задавались вопросом, имеется ли какая-либо закономерность в структуре Вселенной? Позже подключились космологи и перефразировали этот вопрос так:
Является ли крупномасштабная структура Вселенной фракталом?
То есть выглядит ли она одинаково независимо от того, насколько велик масштаб?
Завершив массивные исследования галактик, учёные, наконец, получили ответ.
В начале 20-го века, с открытием всё большего числа галактик, астрономы начали понимать, что Вселенная почти невообразимо огромна. Вполне естественно возник вопрос: существует ли какая-то закономерность в расположении этих галактик, или всё это дело случайности?
Сначала практически все склонялись к тому, что это случайность. Астрономы видели гигантские скопления галактик, в каждом из которых их были тысячи. Были и гораздо меньшие группы галактик, а ещё и галактики-одиночки. Все эти наблюдения создавали впечатление, что в космосе не существует какой-либо закономерности.
Это, к слову, устраивало учёных, ведь большинство склонялось к так называемому космологическому принципу, согласно которому Вселенная в основном однородна и изотропна. Группы случайно разбросанных галактик и скоплений вписываются в этот принцип.
Но технологии человечества развивались и исследования становились всё более сложными. К концу 1970-х астрономы выявили первые закономерности в расположении галактик. Кроме скоплений существовали также длинные тонкие «нити» галактик, широкие «стены», а потом появились пустоты. Астрономы заговорили о «космической паутине», что, к слову, довольно быстро нашло отражение в научной (и не очень) фантастике.
Дело в том, что этот паттерн нарушал космологический принцип, потому что означает, что одни большие области Вселенной не похожи на другие большие области Вселенной. На выручку пришла математика.
Если упростить, то фракталы — паттерны, которые повторяются независимо от того, как далеко вы приближаетесь или удаляетесь. Если вы будете увеличивать снежинку, вы увидите, скажем так, миниатюрные снежинки. Увеличивая масштаб ветвей дерева, вы будете видеть миниатюрные ветви. Фракталы повсюду окружают нас в природе, и математика фракталов позволила нам понять огромное разнообразие самоподобных структур во Вселенной.
Вот и возник вопрос: если фракталы есть везде, почему бы Вселенной не быть фракталом? Может быть, то, что мы видели как закономерность в расположении галактик, было начальными шагами величайшего из возможных фракталов? Возможно, если мы спроектируем достаточно сложные исследования, мы найдем гнездовые структуры — космические сети внутри космических сетей, заполняющие всю Вселенную до бесконечности.
Учёные работают над этим уже несколько десятилетий. Чем больше они узнавали о космической паутине, тем они узнавали больше, например, о Большом взрыве и находили различные способы объяснить существование крупномасштабных структур во Вселенной.
Сможем ли мы узнать когда-нибудь, является ли Вселенная фракталом?
Да, вполне. Это произойдёт, когда мы нанесём на карту расположение миллионов галактик, нарисовав портрет космической паутины в масштабах, никогда не наблюдавшихся ранее. Для этого потребуются проекты вроде Sloan Digital Sky Survey, в рамках которого уже опубликована самая большая на сегодняшний день карта Вселенной, но гораздо более масштабные.
Если идея фрактальной Вселенной верна, то мы должны увидеть нашу локальную космическую паутину, встроенную в гораздо бо́льшую космическую паутину. Если всё не так, то космической паутины не существует, а случайные достаточно большие куски Вселенной будут похожи друг на друга по большинству параметров. Это, кстати, ничуть не менее интересно, чем фрактальная Вселенная, ведь в результате получается однородность, но в умопомрачительных масштабах.
Так что в итоге?
Пока сложно сказать, является ли Вселенная фракталом, но мы видим их, как и в природе, повсюду, куда не посмотрим. Например, гало тёмной материи, окружающие галактики и их скопления, образуют вложенные структуры и субструктуры, то есть содержат субгало, в которых есть свои субгало.
При этом пустоты нашей Вселенной не совсем пусты — они содержат карликовые галактики, которые расположены в тонкой, слабой версии космической паутины. В компьютерном моделировании подпустоты внутри этой структуры также содержат свои собственные космические сети.
В итоге, пока не удалось наблюдать закономерность Вселенной на максимально возможном масштабе, но случайной её структуру не назовёшь.
Проект Sloan Digital Sky Survey.
