宇宙解码 - 科学家创造出的最美几何图形 “上帝指纹”

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:55    发布时间:2020/8/4 0:41:02   出处:宇宙解码   

  Geometry,是由古希腊文字演变而来的单词,最早的含义是“土地测量”,明朝时期的“徐光启”把这个单词翻译为“几何学”。随着时间的推移,几何学早就脱离了测量土地的限制,演变成为了一门严谨的科学,在更多的领域起到了至关重要的作用,甚至对于人类宇宙学的发展也有很大的影响。

  宇宙空间的几何形状是什么?

  这个问题看似简单,却没有绝对正确的答案,人类生活的宏观世界中,大部分物质都有形体的概念,但是在微观世界和高速状态下,时间和空间的概念就出现了差异,从几何的角度来观察宇宙,是否会得到不一样的结果呢?

科学家创造出的最美几何图形 “上帝指纹” - 后花园网文 - 探索新闻

  “雪花”,是天空中的水汽凝华形成的固体,每一片雪花都是独一无二的,雪花的具体几何形状和形成时的温度有关,观察雪花时我们就可以发现,其实整个雪花是由多个较小的几何图形组成了一个较大的几何图形。

  同时,雪花的整体几何图形和每一个较小的几何图形有很大的相似性,我们可以称呼这样的几何图形为“自相似结构”,在自然界中类似的结构并不少见,比如树叶和树冠,峡谷和山脉等等,特别是在植物上,类似的“自相似”性结构十分常见。

海岸线 - 后花园网文 - 探索新闻

  1967年,一位叫做曼德尔勃罗特(Mandelbrot)的数学家在《科学》杂志上发表了一篇论文,首次提到了“分型几何学”的概念,他在这篇论文中指出地球上的海岸线本质上是一种十分复杂的不规则曲线,但就是同样的不规则性,如果我们从宏观的角度来看的话就会发现海岸线的整体是具备“自相似”性的,我们无法区分局部海岸线和整体海岸线的区别。

  随着研究的深入,科学家发现,类似的结构在自然界中十分常见,甚至是粒子的布朗运动也呈现自相似性,1975年,曼德尔勃罗特创立了分形几何学(Fractal Geometry),以及研究分形性质的“分形理论”。

植物上的分形 - 后花园网文 - 探索新闻

  分形理论的本质是自相似原则和迭代生成原则,结合分形理论,科学家提出了“曼德勃罗特集”,这个点集来自于公式:“Zn+1=(Zn)^2+C”。“曼德勃罗特集”被称为“上帝的指纹”,也是人类有史以来创造出的几何图形中,最奇异美丽的图案。

曼德勃罗特集 - 后花园网文 - 探索新闻

  那么“分形理论”究竟代表了什么呢?科学家认为,分形理论揭示了世界的本质,那就是宇宙的一切其实都具备“自相似性”,从宇宙的现状来看确实如此,因为在宇宙中所有的宏观都是由微观组成的。

  无数的恒星系组合在一切形成了银河系,而类似银河系这样的星系再次组合可以形成超星团。但是从微观来看,这些星系都是由恒星和行星组成的,甚至行星和自己的卫星就可以组成一个小小的天体系统,如果我们继续去放大,就可以发现,原子的内部构造和星系十分类似,而宇宙中的一切都是由原子组成的,微观原子和宇宙中的星系呈现惊人的“自相似性”。

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  原子内部

银河系 - 后花园网文 - 探索新闻

  似乎在我们的看不到的地方,宇宙中有一双无形的手设计好了一切,难道我们的宇宙真的是被设计出来的吗?

  其实,科学就是人类逐步发现宇宙中各种规律的一个过程,总结利用各种规律让我们的生活更加方便,同时也让人类的科学更进一步,目前分形理论帮助人类在多个领域取得了不小的进步,通过对分形理论的研究,人类看到了宇宙的另一面,那就是数学的美丽,曼德尔勃罗特集的无限迭代性,制造出了有史以来最美丽的图案。

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  我们利用数学,可以制造出“上帝的指纹”,可以说分形理论就是寻找混乱中的秩序,在无限的杂乱中寻找特殊的美感,虽然从微观来看,一些图案十分的混乱,但是从更加宏观的角度观察,反而可以看到秩序。

  在宇宙中,从宏观的角度去观察星系,只能看到和谐的美感,无数的天体围绕着星系的中心运动,但是从相对微观的角度去观察,却可以看到天体之间的碰撞,恒星的死亡和新生。

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  不论我们的宇宙是不是真的是被设计出来的,我们都可以在宇宙中寻找到无限的美感和秩序。

  

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