Всесвіт подібний на велетенський мозок

Ендрю Гріффін

Нове дослідження, що вивчало відмінності та подібності між двома найскладнішими зі всіх існуючих систем, хоча й абсолютно різних масштабів – космосом з його галактиками та мозком з його нейрональними клітинами, – виявило: хоча їхні масштаби шалено відрізняються, їхні структури на диво подібні. У деяких випадках ці дві системи виглядали більш подібними одна на одну, ніж їхні складові частини між собою.

Свій аналіз автори дослідження в значній мірі базують на методиці та результатах робіт галицьких науковців: дослідника складних мереж з Інституту фізики конденсованих систем НАН України Юрія Головача і астрофізиків Богдана Новосядлого, Степана Апуневича та Максима Ціжа з Астрономічної обсерваторії Львівського національного університету імені Івана Франка (див. статті, на які посилаються у новому дослідженні, у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: «Network analysis of the COSMOS galaxy field» та «Large-scale structures in the ΛCDM Universe: network analysis and machine learning»).

Припускається, що абсолютно різні фізичні процеси можуть призвести до дуже подібних комплексних і організованих структур.

Людський мозок, наприклад, працює завдяки мережі з майже 70 мільярдів нейронів, які разом його творять. Вважається, що всесвіт має щонайменше 100 мільярдів галактик.

У кожній системі вони зібрані разом в складну павутину або мережу, розкинуту у вигляді довгих ниток та вузлів, що їх пов'язують. Ці розгорнені вузли знайомі нам як з картин Всесвіту, так і мозку, що пояснює деякі поверхневі подібності їхніх зображень.

Але в кожній з цих систем ці нитки складають лише близько 30% маси – у кожній з них близько 70% маси фактично складається з частин, що здаються пасивними: вода мозку і темна енергія Всесвіту.

Щоб глибше вивчити ці подібності, дослідники порівняли спосіб формування галактичних мереж із ділянками мозку. Вони намагалися зрозуміти, як речовина розподілена у двох дуже різних мережах.

"Ми розрахували спектральну щільність обох систем. Цей метод часто використовується в космології для вивчення просторового розподілу галактик", – сказав Франко Вацца, астрофізик з Болонського університету, який працював над дослідженням разом з нейрохірургом університету Верони Альберто Фелетті.

"Наш аналіз показав, що розподіл флуктуацій в нейронній мережі мозочка в масштабі від 1 до 100 мікрометрів подібний до розподілу матерії в космічній павутині, але, звичайно, в більшому масштабі – від 5 до 500 мільйонів світлових років".

Науковці також досліджували, як поєднуються нейтрони, а як галактики – і знову виявили помітну подібність, причому обидві системи виглядають більш подібними одна на одну, ніж їхні складові частини між собою. Для цього вони порівняли середнє число з'єднань між кожним з вузлів і спосіб їх групування.

"В черговий раз, несподівано, структурні параметри узгоджуються на різних рівнях. Ймовірно, зв'язки всередині цих двох мереж розвиваються за подібними фізичними принципами, незважаючи на вражаючу і очевидну різницю між фізичними силами, що регулюють галактики і нейрони", – сказав Альберто Фелетті.

"Ці дві складні мережі демонструють більше подібності, ніж подібності між космічною мережею та однією галактикою або нейронною мережею та внутрішньою частиною нейронного тіла".

Стаття, що описує отримані результати, "The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web" (Кількісне порівняння між нейронною мережею та космічною мережею"), опублікована в журналі Frontiers of Physics. 16 листопада ц.р.