الگوی جهان هستی و نگاهی به فراکتال

الگوی جهان هستی و نگاهی به فراکتال

الگوی جهان هستی یعنی اگر جهان هر اندازه بزرگ باشد یکسان به نظر می رسد، کیهان شناسان فکر می کردند که آیا ساختار مقیاس بزرگ جهان یک فراکتال است. برای مطالعه کامل مقاله تا انتها با مجله آندرومدا مگ همراه باشید.

آیا الگویی برای جهان هستی وجود دارد؟

برای چندین دهه  کیهان شناسان فکر می کردند که آیا ساختار مقیاس بزرگ جهان یک فراکتال است یعنی اگر هر اندازه بزرگ باشد یکسان به نظر می رسد. دانشمندان سرانجام پس از انجام بررسی های گسترده از کهکشان ها پاسخی دریافت کردند: نه اما به نوعی می تواند این روند عملی گردد.

در اوایل قرن 20 ، منجمان  با شروع پروژه های ادوین هابل و کشف فاصله بسیار دور تا آندرومدا ، نزدیکترین کهکشان به راه شیری  شروع به درک این کردند که جهان تقریباً غیرقابل تصور بسیار گسترده است. آنها همچنین فهمیدند که می توانیم کهکشانهای پراکنده ای را در اطراف ، چه نزدیک و چه دور مشاهده کنیم. و بنابراین به طور طبیعی ، یک سوال مطرح شد: آیا هیچ نوع الگویی برای ترتیب آن کهکشان ها وجود دارد ، یا کاملاً تصادفی کنار هم چیده شده اند؟

در ابتدا این امر تصادفی به نظر می رسید. ستاره شناسان خوشه های کهکشانی عظیم الجثه ای را مشاهده کردند که هر یک شامل هزار کهکشان یا بیشتر است. و همچنین گروههای بسیار کوچکتری از کهکشانها نیز وجود داشتند. روی هم رفته ، مشاهدات باعث شد که به نظر می رسد هیچ الگوی کلی برای کیهان وجود ندارد.

و ستاره شناسان از این بابت خوب عمل نمودند. آنها مدتها تصوری را به نام اصل کیهانشناسی تصور می کردند  یعنی جهان عمدتاً همگن است (از مکانی به مکان دیگر تقریباً یکسان است) و همسانگرد است (فارغ از اینکه به کدام جهت نگاه کنید تقریباً یکسان است). دسته ای از کهکشان ها و خوشه های تصادفی دقیقاً در این اصل قرار دارند.

اما در اواخر دهه 1970 ، نظرسنجی های کهکشان به اندازه کافی پیچیده بود که می تواند آغاز الگویی در چینش کهکشان ها را نشان دهد. علاوه بر خوشه ها ، رشته های نازک و طولانی کهکشان نیز وجود داشت. بخش های گسترده دیگری نیز  و سپس خلا  وجود داشت وسعت وسیع کیهان نیز بسیار بیشتر از حد آن چیزی بود که بشر فکرش را میکرد ستاره شناسان آن را شبکه کیهانی نامیدند. این الگو اصل جهانی را نقض می کند ، زیرا این بدان معنی است که مناطق بزرگ جهان مانند مناطق بزرگ دیگر جهان نیستند.

یک جهان درون یک جهانی دیگر قرار دارد

یک پیشنهاد از طرف ریاضیدانبنوآ مندلبرات ، پدر فراکتال ها مطرح شد. تعریف فراکتالها به طرز ناامیدکننده ای دشوار است ، اما برای فهمیدن  شهود می تواند ساده باشد: آنها الگوهایی هستند که مهم نیستند شما چه اندازه از چیزی دور هستید و چه قدر وسعت جهان می باشد. مندلبرات مفهوم فراکتال را اختراع نکرد ریاضیدانان از سنین مختلف الگوهای مشابهی را مطالعه می کردند – اما وی کلمه “فراکتال” را ابداع کرد و مطالعه مدرن ما را در مورد این مفهوم آغاز کرد.

فراکتال ها همه جا هستند. اگر روی نقطه دانه برف بزرگنمایی کنید ، دانه های برف کوچک را مشاهده می کنید. اگر روی شاخه های درخت بزرگنمایی کنید ، شاخه های مینیاتوری مشاهده می کنید. اگر در یک خط ساحلی بزرگنمایی کنید ، خطوط ساحلی مینیاتوری را مشاهده می کنید. فراکتال ها در طبیعت ما را احاطه کرده اند و ریاضیات فراکتال ها ما را قادر به درک انواع مختلفی از ساختارهای مشابه در جهان کرده است.

مندلبرات  حدس زد اگر فراكتال ها در همه جا وجود داشته باشند ، پس شاید كل جهان فراكتال باشد. شاید آنچه که ما به عنوان الگویی در چینش کهکشان ها می دیدیم ، مراحل آغازین بزرگترین فراکتال ممکن بود. شاید اگر ما به اندازه کافی یک بحث پیچیده ای می ساختیم ، ساختارهای تودرتو پیدا می کردیم – شبکه های کیهانی در داخل شبکه های کیهانی ، تمام جهان را تا بی نهایت پر می کنند.

همگن سازی و پاستوریزه سازی

همانطور که ستاره شناسان در مورد شبکه کیهانی اطلاعات بیشتری کسب کردند ، آنها درباره تاریخ انفجار بزرگ اطلاعات بیشتری کسب کردند و به روشهایی برای توضیح وجود الگوهای مقیاس بزرگ در جهان دست یافتند. آن نظریه هایی بیان نمودند که بر اساس آن جهان هنوز همگن است ، فقط در مقیاس های بسیار بزرگتر از آنچه منجمان قبلاً مشاهده کرده بودند بدین گونه می باشد.

آزمایش نهایی جهان فراکتال تا این قرن انجام نمی شود ، زمانی که نظرسنجی های بسیار عظیم ، مانندنقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون ، قادر به نقشه برداری از مکان های دارای  میلیون ها کهکشان بوده است ، و در آن مقیاسی که هرگز مشاهده نشده است و آن مقیاسی است که شبکه های کیهانی بسیاری را می توانیم ببینیم.

اگر ایده جهان فراکتال درست است ، پس باید ببینیم که شبکه کیهانی محلی ما درون یک شبکه کیهانی بزرگتر قرار گرفته است. اگر اشتباه باشد ، در برخی از مواقع ، بخش کیهانی باید نسبت به یک شبکه کیهانی در نظر گرفته شود  و یک تکه تصادفی با اندازه کافی بزرگ از جهان باید (از نظر آماری) مانند هر قطعه تصادفی دیگر باشد.

و ما با این کار به یک بخش از جهان همگن می رسیم ، ولی این مورد بر اساس یک مقیاس ذهنی انجام می شود. قبل از همگن نشان دادن جهان ، باید به حدود 300 میلیون سال نوری سفر کنیم.

جهان قطعاً فراکتال نیست ، اما بخشهایی از شبکه کیهانی هنوز دارای خواص جالب فراکتال مانند هستند. به عنوان مثال ، انبوهی از ماده تاریک به نام “هاله” ، كه میزبان كهكشانها و خوشه های آنها است ، ساختارها و زیرسازی های تو در تو را ایجاد می كنند و هاله ها درون آنها و هاله های فرعی و زیر هاله هایی را در خود جای داده اند.

برعکس ، فضای خالی جهان ما کاملاً خالی نیست. آنها حاوی چند کهکشان کوتوله ضعیف هستند و این چند کهکشان در یک نسخه ظریف و کم نور از شبکه کیهانی قرار گرفته اند. در شبیه سازی های رایانه ای ، حفره های فرعی موجود در آن ساختار نیز شامل شبکه های کیهانی جوشان خود هستند.

بنابراین ، در حالی که جهان به طور کلی یک فراکتال نیست  و ایده مندلبرات نیز بر این اساس نخواهد بود ما تقریباً می توانیم فراکتال ها را تقریباً به هر کجا که نگاه میکنیم پیدا کنیم.