宇宙中的物質分佈在大尺度上呈現出一種“蛛網”般的結構。最近一些科學家發現，這種結構竟然與地球上的一種生物十分相似，而且這種相似還並不僅僅停留在形態上……

宇宙大尺度結構模擬。Illustris

宇宙中物質的分佈不是均勻的。它們主要以相互連線的超星系團和物質纖維形態存在，除此以外就是浩瀚的虛空。

位於宇宙結構金字塔頂端的是超星系團，往下則是星系團和星系群、單一星系，以及太陽系。這個等級森嚴的結構被科學家稱為“宇宙蛛網”。

沒有人知道“宇宙蛛網”究竟是怎麼來的。人們只能通過不斷地建模，模擬這種結構的演化。

最近加州大學的天文學家和計算學家進行了一次有趣的嘗試，結果在一種神奇的生物和宇宙結構間找到了許多共同點。

這種生物就是黏菌。

一種學名叫Physarum polycephalum的黏菌正在“尋找”食物。Wikipedia

黏菌是一種介於動物和真菌間的單細胞原生生物，但又常常會聚集在一起，形成一種多細胞結構。食物充足時它們各自為政，食物缺乏時它們會集體行動。在聚集狀態下，它們擁有驚人的化學感知能力，能夠快速準確地發現食物。它們甚至還能長出“莖”，形成孢子。

黏菌擁有一種非常驚人的能力，科學家認為它們能夠建立最理想的分散式網路，解決空間組織上的計算難題。

於是計算機專家Oskar Elek向主持該項研究的天體物理學者Joseph Burchett建言，或許可以利用黏菌，模擬物質在大尺度宇宙空間中的分佈，並將其結果視覺化地呈現出來。

直到上世紀80年代，人們都以為星系團是宇宙中最大的結構。並認為這樣的結構是均勻分佈的。但是很快，超星系團被發現了，類星體群被發現了。越來越多的結構和空洞出現在人們的視野中。人們發現超星系團可以通過巨大的纖維互聯在一起。只是這種纖維很難被看到，它們是稀薄的氫。

而對於用黏菌模擬宇宙，Burchett起初是不屑的。但是後來卻被說服了。

Burchett向Elek提供了“斯隆數字化巡天”的大量資料。這些資料包括了與37000個星系以及它們的空間分佈有關的資訊。

資料被輸入到了一個能夠在三維空間模擬黏菌行為方式的演算法中。結果令人驚訝。

一個“宇宙蛛網”出現了。

Burchett認為，雖然模擬結果帶有一定的偶然性，但也不盡然。黏菌總是試圖在前往食物所在地的過程中，找到一條最優通道。“宇宙蛛網”的演化從某種程度上來說也是這樣。雖然底層機制不同，但是數學結構卻是相似的。

結果令人滿意。但是說白了這還只是一種視覺呈現。研究人員於是決定更進一步，改進演算法，驗證他們更高階的模型。

暗物質登場。

從某種意義上來說，宇宙大尺度結構反映的就是暗物質在大尺度上的分佈。星系是在龐大的暗物質暈中形成的，這些暗物質暈通過長長的纖維連線在一起。宇宙暗物質總量佔到了宇宙物質總量的85%，事實上是暗物質產生的引力，決定了“常規”物質該出現在哪裡。

45萬個模擬暗物質暈的資料被輸入到了黏菌演算法中，然後，一個與“非黏菌”演算法模擬結果相同的纖維網路，出現在了人們眼前。

黏菌又成功了。

黏菌除了能夠再現宇宙纖維網，還讓科學家對觀測宇宙大尺度結構有了“未卜先知”的能力。

哈勃極度深空。NASA / ESA

哈勃太空望遠鏡能夠通過採集星系際氣體的光譜資料，對“宇宙蛛網”進行觀測。由於星系際氣體本身不發光，所以哈勃只能觀察遙遠類星體發出的光來研究它們。類星體發出的光在穿越星系際空間介質後，光譜中會留下它們的印記。

感謝黏菌，研究人員現在知道該向哪裡看了。結果顯示，在“黏菌宇宙”中存在纖維結構的地方，哈勃的光譜資料也表明那裡存在氣體，而且越靠近纖維的“核芯”，氣體的密度就越高。

Burchett表示，這是人們首次能夠從全域性的高度，對星系際介質的密度進行量化研究。研究結果不但確認了宇宙學模型預言中的蛛網結構確實存在，還讓我們增進了對星系演化的認識。星系並不是孤立的，它們是互聯的一個整體。

黏菌讓我們認識到不同領域合作的潛力。宇宙學、天文學、計算機程式設計技術、生物學，乃至藝術，都可以相互協作，為實現一個共同的目標而努力。創意建模和資料視覺化，也能夠為人們理解複雜體系提供新的視角。

參考：Astronomers use slime mold model to reveal dark threads of the cosmic web, https://news.ucsc.edu/2020/03/cosmic-web.htmlRevealing the Dark Threads of the Cosmic Web, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab700c