科學家發現「宇宙是一塊海綿」，竟像被人設計好的一樣！

科學家發現「宇宙是一塊海綿」，並且像是被人設計好的一樣，這是怎麼一回事呢？

1.科學家的問題

先來做個選擇題：宏觀宇宙像什麼？1.肉丸宇宙：孤立無連接的高密度區嵌在連通的低密度背景里。 2.瑞士乳酪宇宙：低密度的孤立孔洞分布在高密度背景里。3.海綿宇宙：高密度區域和低密度區域相連，從拓撲角度看，理想的海綿體及其孔洞是一樣的。

1918年Harlow Shapley通過對球狀星團的分布及其密度的觀測，推斷出太陽並非銀河的中心。如果銀河是一個飛碟的話，我們只是住在它的邊緣而已。

在J Richard Gott《宇宙網路：神秘的宇宙結構》一書里，大體上講了人類過去一百年對於宏觀大尺寸宇宙的理解。大尺寸介於可觀測宇宙（半徑約150億秒差距的球）和2千萬秒差距之間——秒差距為天文長度單位，1秒差距約為3.26光年。也就是說，大尺寸大約介於500億光年及5000萬光年之間尺度上的宇宙結構。

2.科學家的方法

Gott從觀測和理論前沿兩方面的進展做了討論，當然，這兩條線也是互相交織在一起的。

一條線是觀測實驗。在過去的一個世紀，不僅望遠鏡越來越大，分析方法也由原來的感光底片肉眼分析變成了計算機控制顯示圖像分析，可以更精確地測定光度。這也是準確定量測量的先決條件。有了這些進步，科學家們才更加深入地研究星系的大小、種類，並用類似摩爾定律的方式，逐步倒推出了宇宙的前沿。現在，宇宙的未知區域幾乎都被標示出來，但我們要努力挖掘，做得更精確一些，比如對第一代恆星和類星體形成時代的研究。

另一條線就是理論研究。因為數據進展緩慢，因此很長一段時間內，多種完全不同的理論可能都是合理的。只有更好的數據更新，才會有一部分理論被刷下去。

在Gott的書中，講了一個沉迷於用正多面體填充空間的高中男孩。這方面的項目使他在著名的西屋科學天才搜索排名第二。他還把這個想法發表在了《美國數學月刊》上，這成為他的第一篇論文。這啟發了「種類統計」的定量測量，可用於分析大尺寸的拓撲結構，比如我們之前提到的肉丸或者瑞士乳酪結構。並且這些理論之間形成了互相競爭的概念。

3．科學家的結論

由於宇宙的大尺寸結構通常被認為起始於均勻分布的平均密度為r的狀態，並且有一個低振幅dr(x)的密度疊加。在數學上，建立一個隨機模型的原始宇宙學擾動的最簡單的方法，就是採取一個高斯隨機過程模型。而高斯隨機過程的能量譜完全可以描述這個過程。肉丸或瑞士乳酪結構的隨機過程可以具有相同的原始能量譜，但看起來卻是完全不同的構造。

於是，「種類統計」派上了用場。科學家們利用斯隆數字巡天系統的數據，建立了一個3D的星系種類模型，再用星系密度和位置以及一個模糊接近的密度場進行計算。根據高斯理論，宇宙有一個海綿狀的拓撲結構。

人們現在認為，宇宙初期擾動非常接近於高斯隨機理論。而在不久之前，理論界的看法還是眾說風雲的。比如，「瑞士乳酪宇宙」就可以解釋為爆炸造成的，只是爆炸清除了所有孔洞。而近期的探索，沒有一項結果支持大尺度結構的初始起源是非高斯隨機過程的理論。

4.誰造了這塊海綿？

一花一世界，一葉一菩提。我們從未想過自己竟住在這樣一塊海綿里。如果這個宇宙不是被設計的，又是什麼力量讓它形成這樣的結構呢？

人類在探索宇宙真相的過程中總是不斷地猜想和否定，並不斷地接近真相。這正是科學最迷人的地方吧。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！