宇宙結構與人腦到底有多相似？科學家對比後，直呼宇宙不可思議

2020-11-20 姿勢分子knowledge

這個宇宙，有的時候真的令我們感到非常神秘。

大自然紛繁多樣，卻在很多方面具有驚人的相似性。尤其是一些巨大物體和手邊小物件甚至是微觀世界的相似，更加令人困惑不已。比如著名的斐波那契螺旋線，就表現出了和宇宙中螺旋星系以及海洋中的甲殼類動物的相似形狀，又或者動物體內靜脈的分形和閃電以及樹枝的形狀高度雷同。

甚至當我們去看最巨大的宇宙結構，也能在自然界中找到相似的對應物體。很多人開玩笑說，我們的宇宙可能是某個巨大生物的大腦，因為二者的形狀非常相似。下面這張人類大腦神經元和宇宙結構的對比圖，相信很多人也曾經在網上看到過——

最近，真的有科學家認真思考了這個問題，來自義大利博洛尼亞大學的天體物理學家Franco Vazza和義大利維羅納大學的神經外科醫生Alberto Feletti的跨領域組合，為了破解這個謎題而相互合作，給出了他們的看法。

實際上，很多人說二者高度相似，只不過源自於外形的相似，這只是最初級的相似。而這兩位科學家想要知道：大腦神經元和宇宙結構是否也有「神似」之處，或者說是否有功能上的雷同呢？

（圖片說明：拉尼亞凱亞超星系團，紅色是銀河系的位置）

早在2017年的時候，他們就在《鸚鵡螺季刊》上發表過相關的文章，指出：「星系可以結合為龐大的結構（如星系團、超星系團或絲狀結構），延伸出數億光年，這些結構和附近被稱作宇宙空洞的巨大虛無空間之間的邊界是極其複雜的。這些邊界處的物質會在引力作用下被加速到每秒數千公裡，在星系際氣體之間形成衝擊波和湍流。我們曾經認為：空洞-絲狀結構是宇宙中最難以揣摩的結構之一，需要海量的信息數據才能描述。這也使得我們陷入沉思：它是否比大腦更加複雜？」

從尺度上來看，大腦和宇宙差了至少27個量級，也就是一千億億億倍。但令人震驚的是，這絲毫不影響我們大腦的驚人複雜性，甚至絲毫不遜於跨幅達數億光年的宇宙結構。兩個人的研究甚至表明：雖然驅動宇宙結構和人腦的機制大不相同，但二者之間的複雜程度和自組織性竟然表現出了驚人的一致。

（圖片說明：宇宙大尺度絲狀結構）

首先，兩個人羅列出了人腦和宇宙的相似之處：

  1. 人類小腦有690億個神經元，可觀測的宇宙網絡也包含多達1000億個星系，二者相差不多；
  2. 真正發揮主動作用的物質都只佔了一小部分，人腦中有77%的部分是水，它能起到決定性的支撐作用卻不是指令的來源；宇宙網絡結構中有72%是暗物質，它們不可見，卻提供了引力將這些結構約束在一起；
  3. 兩種結構排布形式都高度雷同，那就是一種網狀結構，人腦中的節點是神經元，宇宙結構的節點是星系，節點之間都是通過絲狀結構連接在一起；
  4. 和絲狀結構相比，二者的節點尺度都顯得非常小；
  5. 節點之間的能量和信息交換，都只佔了整個系統能量/質量的1/4左右；
  6. ……

（圖片說明：人腦神經元）

看到如此多的雷同之處，相信很多人都會忍不住驚呼：何其相似乃爾！

在羅列了這些驚人的相似點後，他們進行了進一步的量化分析，將腦部切片放大了40倍，與宇宙網狀結構的模擬圖像進行對比。結果發現：二者之間的物質密度高低分布在不同的尺度上竟然也展示出了驚人的不約而同。

Vazza介紹說：「我們對兩個系統的光譜密度進行了計算，這種技術經常應用於宇宙學中，可以用來研究星系在空間中的分布。而我們的研究結果表明，小腦神經元網絡中的數量分布於1微米到0.1毫米的尺度上。這和宇宙網狀結構中物質的分布再一次不謀而合，當然後者的尺度要更大一些，從500萬光年直到5億光年內都有。」

（圖片說明：左側為被放大40倍的小腦切片，右側為尺度為300光年的模擬宇宙網狀結構）

接下來的研究，還帶來了更多驚人的發現。

他們對每個節點上所連接的絲線數量也進行了分析，對於宇宙網狀結構的星系來說，每個樣本中有共計3800-4700個星系，平均下來每一個星系周圍都連著3.8-4.1根絲線；另一方面，對於人類的腦部來說，取1800-2700個神經元為一個樣本進行分析，平均每個神經元的連接數量大約是4.6-5.4根，同樣非常接近。

甚至，最近還有研究表明，人腦中大概可以儲存2.5PB的信息。而Vazza在另一項研究中也表明：如果要儲存宇宙的複雜性，大概需要4.3PB的存儲空間。考慮到二者之間在尺度上的天壤之別，這個數據相差也不多。

因此，他們在2017年的報告中也指出：「粗略地說，這種記憶儲存空間的近似表明，人腦中儲存的所有信息（比如他一生之中的所有經歷）同樣可以通過宇宙中的星系分布來進行編碼。」

當然，說了這麼多，也不能粗暴地認為宇宙就是人腦，或者說宇宙有屬於自己的意識。但是從這些研究中我們確實發現，至少在生長規律上來看，宇宙大尺度結構和人腦有著極高的相似性。僅僅從這一點來看，就足以令人驚呼不可思議。

在此之前，2012年的一篇研究報告也指出：在這個加速膨脹的宇宙中，代表時空大尺度結構的因果網絡擁有著和人類大腦十分類似的冪律度分布。而這一次Vazza和Feletti的研究，更是助這個理論一臂之力。

Feletti告訴我們：「結構參數再一次證明了這種意料之外的相似度水平，或許，這兩個網絡的演化遵從著相似的物理法則，雖然二者內部的物理法則有著顯而易見的巨大區別。」

我們的宇宙太過宏大為壯觀，以至於我們的視野只能看到其中的一小部分。也許，當我們走得足夠遠時，發現有些答案可能就在身邊。這個宇宙的玄幻，誰又能說得清呢？

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