宇宙的宏观结构，即“宇宙网”，由星系、丝状物和巨大的空洞构成，其起源可追溯至大爆炸后微小的密度波动。这一网络呈现出分形几何特征，其演化过程可以通过与地球上多种相似结构的类比来理解。这些类比包括河流网络、肥皂泡沫、蜘蛛网乃至人体内的呼吸和神经系统。通过比较这些跨越不同尺度的系统，我们不仅能更深刻地理解宇宙的形成机制，还能揭示出支配自然界和生命系统的普适性几何规律，从而激发科学与哲学层面的思考。
什么是宇宙网？
宇宙中最熟悉的天体，如行星和恒星，大多是球形的。但当我们将视野放大到星系团之外的更大尺度时，会看到一种完全不同的结构：宇宙网。
它并非杂乱无章，而是由巨大的纤维状结构（丝状物）和它们之间广阔的空洞区域组成的有序网络。
- 起源： 宇宙网的形成始于大爆炸。早期宇宙中微小的物质密度差异，在引力的作用下被不断放大。
- 演化： 这一结构至今仍在演化，其几何形态更接近于一种分形几何，其特征是物质的汇聚流动，而非天体的轨道运动。
- 物质流动： 计算机模拟显示，物质会从密度较低的区域流向密度较高的区域，最终汇入丝状结构和星系，这个过程类似于雨水汇入河流。
用地球上的模式理解宇宙
尽管宇宙网的尺度惊人，但我们可以通过地球上常见的模式来理解它。这些类比为研究人员提供了一种更简单、更具体的方式来探索宇宙复杂的三维结构。
常见的类比对象包括：
- 河流及其支流网络
- 蜘蛛网
- 交通运输网络
- 真菌的菌丝体
- 人体内的呼吸系统和神经元
气泡与空洞：宇宙的泡沫结构
早在20世纪80年代，研究人员就观察到，星系并非均匀分布，而是“似乎位于气泡状结构的表面”。这引出了一个重要的动力学类比：
宇宙空洞的增长在很大程度上遵循着肥皂泡沫动力学的一些定律。
我们可以将宇宙想象成一个巨大的泡沫。其中，不断膨胀的空洞就像气泡，它们相互挤压，物质在气泡壁的交界处堆积起来，最终形成了星系和丝状结构。正如在肥皂泡沫中，大的气泡会吞并小的气泡一样，宇宙中大的空洞也会以牺牲小空洞为代价而扩张。
蜘蛛网与河流：宇宙的连接与流动
宇宙网这个名字本身就源于纺织和编织的意象。进一步的研究发现，这个比喻比想象中更贴切。
- 结构上的蜘蛛网： 宇宙网的几何结构与工程学中的“蜘蛛网”模型非常相似，即由节点和处于张力状态的绳索连接而成。有趣的是，这种几何学也与折纸艺术和埃菲尔铁塔等建筑的设计原理相通。
- 流动的河流网络： 物质在引力作用下汇入丝状结构和星系的过程，与水流顺着地势汇入河流非常相似。流动的水流会侵蚀土地，塑造出河道；同样，流动的物质也会在引力势中“雕刻”出凹槽，即宇宙丝状结构。
几何学是一种通用语言，因此，即使原因不同，相同的几何结构出现在不同的环境中也不足为奇。
生命与人体的回响
宇宙网的模式也惊人地反映在生命系统和人体结构中。这些类比让我们从更内在的视角感受与宇宙的联系。
- 真菌菌丝体与黏菌： 像真菌菌丝体一样，宇宙网也呈现出优化物质流动的分支结构。而黏菌连接食物点时形成的有效网络，甚至启发了科学家推断宇宙丝状物位置的算法。
- 人体的呼吸系统： 肺部的支气管树经过多达23次分支，最终形成巨大的表面积以进行气体交换。这种分支结构再次体现了从一个入口高效分配到广阔区域的几何原理。
- 神经系统： 大脑中神经元的树状突结构，其几何形态的形成是为了平衡细胞材料、通信速度和连接效率。初步研究发现，星系团周围的宇宙网连接性也遵循着相似的规则。
这种跨越所有尺度和所有系统的模式相似性，被称为“泛系统”或“泛尺度”效应。它提醒我们，从我们身体内部的微观流动，到宇宙最宏大的结构，都可能在遵循着一套共同的、深刻的组织法则。