科学是否存在“尽头”?爱因斯坦认为,或许存在一个“大一统理论”, 用一段公式就可以解释和预测宇宙中的每件事情这个理论,甚至可以解释宇宙的四大基本力,强合力、弱合力、电磁力和引力之间的相互作用,这样的理论也被称为“万物之理”,我来为大家讲解一下关于科学家终于发现了宇宙的形状?跟着小编一起来看一看吧!

科学家终于发现了宇宙的形状(一个神奇的图案)

科学家终于发现了宇宙的形状

科学是否存在“尽头”?爱因斯坦认为,或许存在一个“大一统理论”, 用一段公式就可以解释和预测宇宙中的每件事情。这个理论,甚至可以解释宇宙的四大基本力,强合力、弱合力、电磁力和引力之间的相互作用,这样的理论也被称为“万物之理”。

可惜的是直到去世,爱因斯坦都没有找到这样的理论。那么宇宙真的是被设计好的吗?一段公式真的就能解释整个宇宙吗?

世界充满谜团 偶尔会有答案,大家好我是喱头哥,今天我们聊号称“上帝指纹”的曼德伯集合,点点关注,我们马上开始。

不可思议的“不约而同”

从历史的角度来看,世界上有太多的不约而同,比如各国的神话传说,都不约而同地认为人类的生存周期大约是1万年;古埃及金字塔上的人类终结期预言,和古印第安人传说中的末日预言,不约而同地相似等等。

从宇宙的视角来看,随着文明在不断地发展,人类对地球和宇宙之间的关系,有了越来越深入的了解。科学家们发现,宇宙运行的规律非常精妙,绝对不是一句简单的“自然形成”就可以解释的。

人类对宇宙的了解十分有限,依然无法回答一些终极之问,比如说人类从何而来,宇宙中有多少个星球、边界又在哪里,在浩瀚的星空之中,有没有和人类一样的文明存在。这些终极问题,想不到竟然从一幅美丽的几何图案中,找到了答案。

无处不在的分形

20世纪初,英国数学家刘易斯·弗莱·理德查森,漫步在英国的一种海滩时,突然发现了一件有趣的事:不论是海岸线本身还是海岸线上礁石的边缘,随意截取其中一小部分并且放大的话,看起来都和整体没什么区别,而且分得越精细,其周长越大

类似的情况有很多,1904年是瑞典数学家科赫提出,假设有一个三角形,以它每个边的两个三等分点作为边,作出一个新的等边三角形,可以无限分下去,这就是著名的科赫三角形。类似的形状有很多,比如谢尔宾斯基三角形康托尔集等。

直到1973年,法裔美国数学家伯努瓦·曼德博(Benoit Mandelbrot),给类似的现象起了个名字,叫做分形几何,他也由此被称为分形之父。

那么,什么是分形几何呢?简单来说分形几何,就是一种几何学,研究的是无限复杂的几何图形。这些复杂的几何图形在一定的定义下,图形都是自我相似的

所谓自我相似呢?就是一个物体的本身,和它一部分完全、或者是几乎完全相似,比如说罗马花椰菜。

罗马花椰菜非常漂亮,花球表面是由许多螺旋形的小花组成,小花以花球中心为对称轴,成对排列,神奇的是它的外形,是以一种特定的指数式螺旋结构生长的,而且所有部位都是相似体,掰开一段花菜,这一小段花菜,竟然和本体是一模一样的。

曼德博集合

这样的例子,在自然界和现实世界中非常之多,例如珊瑚、树枝、雪花等等。

如果用电脑生成一副分形图形,就会看到同样的基本图形会重复出现,而且图样的尺寸,会无止境地不断缩小。

那么对我们人类来说,分形几何有什么意义呢?它的意义就在于,如果客观事物具有自我相似的层次结构,那么局部与整体,在形态、功能、信息、时间、空间等方面,就会具有统计意义的相似性。也就是说,我们可以从一种极端的混沌中,发现一种极端有序的存在。

换句话说,分形就是既高度复杂、又特别简单,本来看似十分复杂的事物,实际上大多数,是可以用非常简单的公式来描述的。但是这种简单却并不简单,其中又蕴含着极端的复杂性。

来看一组奇妙的图形变换,大家发现了吗?当图形被无限放大的时候,我们可以看到一个奇妙的现象,那就是无论图形,被分解到何等的微观,最微观的图形和最初始的图形,是完全自我相似的。

这个图形也是数学家曼德博发现的,它是解释混沌理论的数学模型,也是数学领域最复杂的概念之一,这就是著名的“曼德博集合”。

曼德博是最早使用计算机图形,来创建和显示分形几何图像的人之一。1980年,曼德博用计算机发现了这个奇妙的、从简单规则图形中,创建出来的复杂的视觉图形,他发现那些被认为“粗糙”、“杂乱”或“混乱”的事物,实际上都是具有高度的、有序度(Degree of order)的性质的,例如云层或海岸线。

从数学的角度来讲,曼德博在复平面中,对一个简单的公式进行了迭代,于是就生成了我们看到的那么复杂的图形。

实际上这个公式和迭代运算,都非常的简单,但是产生的图形竟然是如此的结构精细、丰富多样,令人难以置信,十分不可思议。在传统几何学中,很难发现在如此简单的规律中,竟然蕴藏着如此复杂而生动的例子。

曼德博集合告诉我们,自然界中简单的行为,可以导致极为复杂的结果。曼德博集合的出现就像一道闪电,让研究宇宙学的科学家们脑洞大开,他们就想人类社会、乃至宇宙,是不是也可以用曼德博集合这样简单的模型,或者程序去描绘呢?

上帝指纹

曼德博又提出了分形宇宙的说法,他认为如果在我们的地球上分形无处不在,那我们有什么理由不认为宇宙就是一个分形呢?

实际上在很久以前,科学家们就已经开始思考这个问题,来试图破解宇宙的规律,甚至还由此产生了一门学问,被称为宇宙学原理。

人们认为,任何客观存在的物质,都有属于它们自己的规律,宇宙也不例外。牛顿找到了其中一个特征,那就是万有引力;而曼德博则是从分形的角度,来思考宇宙所具备的性质。

从宇宙的视角来看,无论是地球还是太空,都有着一种近乎完美的平衡状态。我们通过物理学上的能量守恒,和质量守恒定律,就可以看到这种平衡。

从100年前,天文学家哈勃确定河外星系存在后,人们开始意识到银河系代表不了整个宇宙,根据目前的研究结果,可观测宇宙中大约有两万亿个大大小小、形形色色的星系。

科学家们观测这些星系时,发现宇宙的确可能是一个分形结构,从宇宙中的任何方向和角度来看,似乎都是一样的,这就是宇宙学原理中比较流行的一种理论:宇宙的各向同性

如果单纯地看太阳系甚至是银河系,你会发现宇宙并不完全对称。这里有太阳,那里没有,木星在这一侧,土星在另一侧……

但是将尺度放大到2亿光年、3亿光年甚至更多,就会发现宇宙在各个方向上,几乎完全是一样的。这里有星系,那里也有,这里有这么多,那里也有这么多。如此看来,宇宙的确具有各向同性,而且类似于一种分形结构。

如果说这种平衡是一种巧合,那么宇宙的诞生和人类的诞生,就像是曼德博集合图形的一种掩饰,恰恰诠释了这种巧合中,所含有的内在必然。也就是说没有偶然,只有必然,所有的偶然都是必然。

科学家们还发现,宇宙正是由强合力、弱合力、电磁力、引力,这四大基本力之间的相互作用,而稳定有序的。

如果其中的一个力,比如引力稍微强一点,那么宇宙中恒星的燃料就会很快耗尽,宇宙中将不会有任何一颗发光发热的恒星,而变得黑暗冰冷。如果稍微弱一点,恒星就无法发生核聚变反应,宇宙同样不会存在闪闪发光的恒星。

另外科学家还发现,宇宙在刚诞生时的膨胀速度,刚好可以形成运行稳定的星系,如果膨胀的速度快一点或慢一点,我们的宇宙就会乱成一锅粥。

那么类似这样的恰到好处,充满了一种强烈的设计感,而这样的设计感,在宇宙中却是数不胜数。

比如说地球能够诞生出生命,是因为和太阳的距离不远不近,又恰好有木星和月球的保护,还恰好存在着氧气、液态水、大气层、磁场、臭氧层等等,生命诞生需要的条件。只要其中任何一点出错,哪怕是一点点的差错,人类将不复存在。

如此精准的恰到好处,就算是人类最顶尖、最高级的设计师,也难以设计的如此精准,可见其精确程度,并非自然可以形成的。

所以人们称曼德伯集合是上帝的指纹,因为他用简单的迭代分型,就非常精准的描述出了、物质的简单与复杂、混沌与有序之间的关系和延展性,从微观粒子到宏观宇宙,莫不如此。

那么问题就来了,宇宙的一切,真的有可能就是被上帝精心设计出来的吗?如果用曼德博集合的分形几何来计算,不是无限放大、而是无限缩小宇宙的话,有没有一种可能,我们真的会看到一幅宇宙的原始图形呢?而我们地球人类有没有可能,是上帝自我相似的复制版呢?欢迎在留言区里写下你的想法,我们一起讨论。世界充满谜团 偶尔会有答案,我是喱头哥,今天的内容就到里了,喜欢我的视频,点赞关注和留言是对我最大的支持,我们下期再见。