科学是否存在“尽头”?爱因斯坦曾设想或许有个“大一统理论”,能完美阐释宇宙四大基本力,用一段公式就能解释并预测宇宙诸事,此即“万物之理”。宇宙真的是被设计好的吗?一段公式就能诠释整个宇宙?遗憾的是,爱因斯坦直至离世都未找到此理论。随着科学发展,人们渐悟想用一个理论解释宇宙所有现象是不可能的。即便未来找到统一四种基本力的理论,也无法预测宇宙所有事,因为宇宙是非决定性的,依据现有数据推断未来必然有误差。
宇宙本质是“确定”与“不确定”的结合,宏观上物理规律确定,微观上量子运动充满不确定性。种种因素致使宇宙并非完全对称,不确定性才是宇宙本质,若一切可预测,我们便会怀疑宇宙是被设计的程序。
微观不确定性组合成宏观“确定”,细察宇宙会发现,微观尽头是宏观,组成宏观的微观间有“自相似性”。像“罗马花椰菜”,以指数式螺旋结构生长,形成自相似的斐波纳契数列。许多小花组合成大花球,小花球与大花球极为相似。这种奇妙规律就是“分形几何学”,传统几何学研究整数维数,分形几何学研究非负实数维数,其研究对象在大自然广泛存在。
基于分形几何学的自相似性,科学家发现“曼德勃罗集”,这是人类创造的最美图案,也被称作“上帝指纹”,其各部分是相似体,有结构自相似性。随着研究深入,科学家发现宇宙中分形例子众多,宇宙似暗藏未知规律,很多物理规律背后都有层次结构明显且具自相似的现象。生活中,分形随处可见。远处看,树木形状常与树叶相似,多数植物生长有自相似性,局部和整体形状相近,大部分乔木树枝有分形规律。
分形几何衍生出“分形理论”,在物理、数学领域影响巨大,对天文学也有不小影响。分形理论不仅展现自然之美,还向人类揭示宇宙本质——“自相似性”。若宇宙整体有此自相似性,未来人类或许能找到描述整个宇宙的模型,实现爱因斯坦的愿望。分形展现的是“混乱的美感”,宇宙本质是无限混乱,但混乱中有相似规律,无限微观构成宏观,微观无序,因整体自相似性,宏观才有稳定性,这或许就是微观量子运动不确定,宏观世界却稳定的原因。
在引力作用下,宇宙天体自发向引力源聚集,如太阳系靠太阳引力维持稳定,又被银河系重心黑洞吸引。地球与太阳系、太阳系与银河系,这三个天体结构在某种程度上有自相似性,符合分形概念。宇宙物质由基本粒子组成,化学中“原子”是最小不可分割微粒,由原子核和电子构成,原子结构与星系相似,原子如恒星或黑洞,电子如围绕引力源运动的行星!
有人认为原子本身就是“微观宇宙”。如此看来,宇宙物质基本符合“分形”概念,从最小原子到巨大天体结构,相互有自相似性,科学家一直想在黑洞中找类似概念助我们理解时空。你觉得未来人类能找到展现整个宇宙的模型吗?