宇宙等於「巨大的人腦」？星繫到底有多複雜？

人類大腦和宇宙星系哪個更複雜？

有句名言稱大腦為「已知宇宙中最複雜的物體」，這句話並不是危言聳聽，你知道嗎？大腦有1000億個神經元和100萬億個連接，數量極其龐大，是一個非常複雜的物體。然而宇宙的複雜並不比人腦差多少，例如，星系可以聚集成巨大的結構（稱為星系團、超星系團和絲狀體），這些結構可以伸展數億光年。這些結構和鄰近的被稱為宇宙空洞的空白地帶之間的邊界可能非常複雜。因此，我們時常會聯想：宇宙是不是一個巨大的人腦？星繫到底有多複雜？

根據我們目前所知，宇宙間的引力將宇宙目前邊界處的物質加速到每秒數千公裡，在星系間氣體中產生衝擊波和湍流。我們已經預言了空泡細絲邊界是宇宙中最複雜的體積之一，這不僅讓我們思考：它比大腦更複雜嗎？

其實當你對比了星系網絡和神經元網絡的複雜性之後，確實會驚訝的發現：不僅大腦和宇宙網絡的複雜性實際上是相似的，而且它們的結構也是相似的。比較大腦和星系團是一項困難的任務。一方面，它需要處理以截然不同的方式獲得的數據：一方面是望遠鏡和數值模擬，另一方面是電子顯微鏡、免疫組織化學和功能磁共振。

它還要求我們考慮巨大不同的尺度：整個宇宙網——由宇宙所有星系追蹤到的大尺度結構——至少延伸到幾百億光年。這比人腦大27個數量級。另外，其中一個星系是數十億個實際大腦的家園。如果宇宙網至少和它的任何組成部分一樣複雜，我們可能天真地得出結論：它至少和大腦一樣複雜，人類大腦中神經元的總數與可觀測宇宙中星系的數量相當。

但是許多自然現象並非在所有尺度上都同樣複雜，宏偉的宇宙網網絡只有在對天空進行最大範圍的觀測時才變得明顯。在更小的尺度上，隨著物質被鎖定在恆星、行星和（可能）暗物質雲中，這種結構就消失了。這樣，宇宙包含了許多嵌套在系統中的系統，在不同的尺度上幾乎沒有交互作用。這種尺度分離使我們能夠研究物理現象，因為它們以它們自己的自然尺度出現。因此我們可以將兩者分開解釋，宇宙網和神經網的構成。

宇宙網

宇宙網的組成部分是恆星、氣體和暗物質的自引力暈（它們的存在尚待明確證明）。總的來說，可觀測宇宙中的星係數量應該在1000億左右。時空結構的加速膨脹和自身引力的拉動之間的平衡使這個網絡呈現出蜘蛛網般的模式。普通物質和暗物質凝結成弦狀細絲，星系團在燈絲交叉處形成，剩下的大部分基本上是空的，生物結構看起來模糊不清。

神經網

直到最近，文獻中還沒有對人腦細胞或神經元數量的直接估計。皮質灰質（佔腦質量的80%以上）含有約60億個神經元（佔腦神經元的19%）和近90億個非神經元細胞。小腦有大約690億個神經元（佔大腦神經元的80.2%）和大約160億個非神經元細胞。

因此有趣的是，人類大腦中神經元的總數與可觀測宇宙中星系的數量相當。而且通過研究發現，小腦在0.1-1毫米尺度上的起伏分布和幾千億光年的星系分布如出一轍。在可用於顯微鏡觀察的最小尺度（約10µm）下，皮質的形態與幾十萬光年尺度上的星系更為接近。

為了進一步比較宇宙網和人類大腦神經網，我們可以測量基於模擬宇宙的數字進化來預測宇宙網絡如何演化的難度。事實上這一估計表明，大約需要1到10兆字節的數據來描述整個可觀測宇宙在其自組織出現的規模的演化。而估計人腦的複雜性要困難得多，因為對大腦的整體模擬仍然是一個巨大的挑戰。然而，我們可以說複雜性與智力和認知能力成正比。根據對大腦網絡連通性的最新分析，獨立研究得出結論，成人大腦的總記憶容量應該在2.5 PB左右，距離宇宙網估計的1-10 PB範圍不遠！

粗略地說，這種記憶能力上的相似性意味著儲存在人腦中的整個信息體（例如，一個人的整個生命體驗）也可以編碼到我們宇宙中星系的分布中。或者，反過來說，一個具有人腦記憶能力的計算設備可以在宇宙最大尺度上再現宇宙所顯示的複雜性。

這確實是一個顯著的事實：宇宙網更像人腦，而不是星系內部；或者說，神經元網絡更像宇宙網，而不是神經元體的內部。儘管在基底、物理機制和大小上存在著巨大的差異，但用資訊理論的工具來考慮人類的神經網絡和宇宙星系網卻驚人地相似，這不得不令人感慨宇宙中的巧合。