Есть ли закономерность во Вселенной?

Они также узнали, что мы можем видеть разбросанные галактики, как близкие, так и далекие. И поэтому, естественно, возник вопрос: есть ли какая-то закономерность в расположении этих галактик или это совершенно случайное явление? Сначала это выглядело случайным. Астрономы видели гигантские скопления галактик, каждое из которых содержит тысячу или более галактик. И были также гораздо меньшие группы галактик, и галактики, свисающие сами по себе. Наблюдения создавали впечатление, что в космосе не существует всеобъемлющей закономерности. И астрономов это устраивало. Они давно придерживались идеи, называемой космологическим принципом, а именно, что Вселенная в основном однородна (примерно одинакова в разных местах) и изотропна (примерно одинакова, в какую бы сторону вы ни смотрели).

Группа случайных галактик и скоплений вписывается в этот принцип. Но в конце 1970-х годов обзоры галактик стали достаточно сложными, чтобы выявить начало закономерности в расположении галактик. Помимо скоплений, были также длинные тонкие волокна галактик. Были широкие стены. А потом были пустоты — бескрайние пустоты. Астрономы назвали это космической паутиной. Этот образец нарушил бы космологический принцип, потому что это означало бы, что большие области Вселенной не похожи на другие большие области Вселенной. Так что, возможно, в этой истории было нечто большее.

Одно предложение поступило от математика Бенуа Мандельброта, отца фракталов. Фракталы очень сложно определить, но они могут быть достаточно простыми для интуитивного понимания: это закономерности, которые повторяются независимо от того, насколько сильно вы увеличиваете или уменьшаете масштаб. Мандельброт не изобрел концепцию фракталов — математики веками изучали самоподобные модели, но он придумал слово «фрактал» и положил начало нашему современному изучению этой концепции.

Фракталы есть везде. Если вы увеличите масштаб изображения точки снежинки, вы увидите миниатюрные снежинки. Если вы увеличите масштаб ветвей дерева, вы увидите миниатюрные ветки. Если вы увеличите масштаб береговой линии, вы увидите миниатюрные береговые линии. Фракталы окружают нас в природе, и математика фракталов позволила нам понять огромное множество самоподобных структур во Вселенной.

Если фракталы есть повсюду, предположил Мандельброт, то, возможно, вся Вселенная является фракталом. Может быть, то, что мы видели как образец расположения галактик, было начальным этапом максимально возможного фрактала. Может быть, если мы построим достаточно сложные исследования, мы найдем структуры гнезд — космические сети внутри космических сетей, заполняющие всю вселенную до бесконечности.

По мере того, как астрономы открывали больше о космической паутине, они узнавали больше об истории Большого взрыва и придумали способы объяснить существование крупномасштабных структур во Вселенной. Эти теории предсказывали, что Вселенная по-прежнему однородна, только в гораздо больших масштабах, чем наблюдали астрономы ранее. Окончательное испытание фрактальной вселенной наступит только в этом столетии, когда поистине гигантские обзоры, такие как Sloan Digital Sky Survey, смогут нанести на карту местоположения миллионов галактик, нарисовав портрет космической паутины в масштабах, которые никогда не наблюдались.

Если идея фрактальной вселенной верна, то мы должны увидеть нашу локальную космическую сеть, встроенную в гораздо большую космическую сеть. Если это неправильно, то в какой-то момент космическая паутина должна перестать быть космической сетью, и случайный достаточно большой кусок Вселенной должен выглядеть (статистически) как любой другой случайный кусок.

Результат — однородность, но в умопомрачительном масштабе. Вы должны подняться примерно на 300 миллионов световых лет, прежде чем Вселенная станет однородной. Вселенная определенно не фрактал, но части космической паутины все еще обладают интересными фрактальными свойствами. Например, сгустки темной материи, называемые «гало», в которых находятся галактики и их скопления, образуют вложенные структуры и субструктуры, внутри которых гало находятся субгало и субсуб-гало.

И наоборот, пустоты нашей Вселенной не совсем пусты. В них действительно есть несколько тусклых карликовых галактик, и эти несколько галактик расположены в тонкой, тусклой космической паутине. В компьютерном моделировании подпустоты внутри этой структуры также содержат свои собственные шипучие космические сети. Итак, хотя Вселенная в целом не является фракталом — а идея Мандельброта не подтвердилась — мы все еще можем найти фракталы почти везде, куда бы ни посмотрели.