宇宙星系的排列是有规律的，还是完全随机的？

　　据国外媒体报道，天文学家正在接近一个古老问题的答案。几十年来，宇宙学家一直想知道宇宙的大尺度结构是否是分形的，即无论在多大的尺度上，宇宙看起来都具有相似的形状。在完成了对众多星系的大规模调查后，科学家们终于找到了答案：宇宙并不是分形的，但在某种程度上，却又像是分形的。
　　20世纪初，埃德温哈勃率先发现了我们与仙女座星系（离银河系最近的星系）之间的巨大距离，天文学家们也开始意识到，宇宙的浩瀚几乎是无法想象的。另一方面，天文学家也观测到了散落的星系，远近都有。于是，一个问题很自然地提了出来：这些星系的排列是有规律的，还是完全随机的？
　　起初，这一切看起来是很随机的。天文学家看到了巨大的星系团，每个星系团包含上千个甚至更多的星系；也有一些小得多的星系群，有的星系则独自在宇宙中游荡。从这些观测结果来看，宇宙似乎并没有什么普遍性的模式。
　　天文学家对此并不介意。长期以来，他们一直假设存在一种名为宇宙论原则（cosmologicalprinciple）的概念，即宇宙基本上是均质（各处大致相同）和各向同性的（无论你往哪个方向看都大致相同）。一系列随机的星系和星系团正好符合这个原则。
　　但在20世纪70年代末，星系调查更加深入，开始揭示星系排列中呈现的模式。除了星系团，还有很长、很细的大尺度纤维结构；在宇宙大尺度构造中，还有所谓的长城，又称为巨墙，星系和星系团的分布并不均匀，而是连结成条状结构，有的甚至长达5亿光年，宽3亿光年，并且有1500万光年那么厚；然后是空洞，即纤维状结构之间的空间，只包含很少或完全不包含任何星系。天文学家将所有这一切称为宇宙网。这种模式违反了宇宙论原则，因为这意味着宇宙的大片区域看起来与其他大片区域并不一致。
　　因此，关于宇宙大尺度构造的模式，也许还有更多的故事。
　　宇宙中的宇宙
　　一个有趣的观点来自数学家、分形之父本华曼德博（BenoitMandelbrot）。分形很难定义，但我们凭直觉就能理解：它们是重复的几何图案，无论缩放多少倍，其每个部分都（至少近似地）是整体缩放后的形状。本华曼德博并没有发明分形这个概念数学家们对自相似模式的研究已经有很多年了但他创造了分形（fractal）这个词，并引领了对这一概念的现代研究。
　　分形随处可见。把雪花的一个角放大，你会看到微型雪花；放大树枝，你会看到微型的树枝；放大海岸线，你会看到微缩的海岸线。在自然界中，分形在我们的周围几乎无处不在，而分形的数学使我们能够理解宇宙中各种各样的自相似结构。
　　本华曼德博猜测，如果分形无处不在，那么也许整个宇宙就是一个分形。也许我们看到的星系排列模式是最大分形可能的开端。也许，如果我们对宇宙结构的调查足够精密，就会发现其中所隐藏的结构宇宙网中的宇宙网，填满整个宇宙直到浩瀚界限。
　　均质性的宇宙尺度
　　随着天文学家对宇宙网的了解越来越多，他们对大爆炸的历史的了解也更加深入，并想出了各种方法来解释宇宙中存在的大尺度模式。这些理论预测称，宇宙仍然是均质的，只不过是在比天文学家之前观察到的大得多的尺度上。
　　分形宇宙的最终考验直到本世纪才会到来，届时真正规模庞大的调查，如斯隆数字巡天（SDSS），将能够绘制数百万个星系的位置，绘制出一幅宇宙网的图像，其规模前所未见。
　　如果分形宇宙的观点是正确的，那么可以想见，我们所处的局部宇宙网络将嵌在一个更大的宇宙网络中。如果这一观点是错的，那么在某个临界点上，宇宙网将不再是一个宇宙网，而是一个随机的，足够大的宇宙块，看起来（在统计上）应该就像任何其他随机的块。结果就是均质性，只不过是在一个令人震惊的尺度上。你需要穿过大约3亿光年，才会发现宇宙趋于均质。
　　宇宙绝对不是分形的，但宇宙网的某些部分仍然具有有趣的分形性质。例如，被称为晕的暗物质团承载着星系及星系团，形成嵌套结构和子结构；暗物质晕也包含着次级和次次级的分支结构。
　　宇宙中的空洞并非完全是空无一物的。它们确实包含少数黯淡的矮星系，而它们就排列在一个精细、稀薄的宇宙网中。在计算机模拟中，这种结构中的亚空洞内部也包含着其自身的宇宙网。
　　因此，尽管宇宙作为一个整体不是分形的，本华曼德博的观点也站不住脚，但我们仍然可以在宇宙中的任何地方观察到分形。（任天）