Поведение Physarum polycephalum и формирование Вселенной

В поисках питательных веществ одноклеточная слизистая плесень (латинское название Physarum polycephalum) может создавать сложнейшие сети в виде нитей. При этом доступ в разные места всегда происходит по практически оптимальным траекториям. В свою очередь гравитация, формируя Вселенную, также строит структуру из нитей в виде паутины, которая связывает в одно целое как галактики, так и их скопления. Только нити в этом случае представляют собой «тоненькие» мостики, размером в 100 000 000 световых лет. Но между биологической и гравитационной сетью замечается поразительное сходство.

Основа Космоса

Космическая паутина – это огромного масштаба основа Вселенной. Она, по современным представлениям, состоит из так называемой тёмной материи (пока не до конца понятной и изученной субстанции), которая окружена формирующим галактики газом. При этом увидеть таинственную субстанцию не представляется возможным, но считается, что именно из неё и состоит львиная доля массы всего вещества.

Формируя Вселенную, гравитация создает огромную похожую на паутину структуру из волокон, связывающих галактики и скопления галактик вместе вдоль невидимых мостов длиной в сотни миллионов световых лет. Credit: Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al

О существовании структуры Вселенной в виде паутины впервые заговорили после 1985 года, когда учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики получили определённые подтверждающие результаты во время изучения красного смещения. С тех пор, учитывая современные достижения в изучении космического пространства, астрофизики могут дать оценку такой паутинной структуре, чьи нити являются границами между громадными зонами пустоты во Вселенной.

Решение задачи

Задача по обнаружению неуловимых космических филаментов, из-за тусклости составляющего их газообразного вещества, для астрономов оказалась очень трудной. Поэтому недавно исследователи космического пространства решили обратиться к аналогам в живой природе. Для построения нитевой карты в локальной части Вселенной с центром, связанным с Землёй,  и радиусом - около пятисот миллионов световых лет,  было принято решение использовать в качестве аналогии процесс жизнедеятельности слизевиков.

Работа симуляции. Источник: NASA, ESA, and J. Burchett and O. Elek (UC Santa Cruz)

  • В начале этой работы специалисты создали компьютерный алгоритм, основывающийся на копировании поведения слизистой плесени, и провели его тестирование на соответствующей модели распространения филаментов тёмной материи в космическом пространстве.
  • На последующем этапе так называемый алгоритм слизевика применили к информации, содержащей координаты 37000 галактик. В результате удалось получить трёхмерную карту, на которой отображалась структурированная космическая паутина на расстояниях 300 000 000 световых лет.
  • Третьим шагом стал анализ 350 квазаров, а точнее, их излучения в ультрафиолетовом диапазоне. При этом рассматривались объекты из архивного каталога телескопа Хаббла, находящиеся на удалении в миллиарды световых лет.

Свет от квазаров, распространяясь в космическом пространстве, проходит сквозь передний план искомой астрономами глобальной паутины Вселенной. И анализ спектра такого излучения в конкретных локациях вдоль филаментов показал, что есть характерный след, указывающий на поглощение водорода, который ранее не был обнаружен. Причём такие точки расположены на значительном удалении от галактик. Этот факт позволил учёным связать газообразные нити со структурой Вселенной в крупном масштабе.

https://youtu.be/xsh0Ur1qyjg

Исследования дали подтверждение предположению об организации в нитевые структуры плотных зон межгалактического газа. Подобные образования простираются в космосе на десятки миллионов световых лет в разных направлениях от галактик. Стоит при этом отметить, что такие расстояния больше размера в поперечнике Млечного Пути в 100 раз.

Роль слизевика

Использовать модель жизненного цикла слизистой плесени, было решено учёными во время поиска варианта теоретической связи между холодным газом и паутинной структурой Космоса. Один из членов исследовательской группы Оскар Элек, занимавшийся программированием, обратил внимание на творчество Сейджа Дженсона. Часть работ этого немецкого медиахудожника представляют собой изобразительные визуализации.

И среди них учёный обратил внимание на произведение, отражающие развитие Physarum polycephalum, а точнее его щупальцеобразной сети, во время поиска пищи. Немаловажным при выборе конкретного произведения исследователями Космоса был и тот факт, что искусство Дженсона основывалось на научных изысканиях, описывающих алгоритмизацию модели роста слизевика.

В результате, взяв за основу модель жизненного цикла слизистой плесени, Элек создал накопительную 3D-модель, с целью оценки положений структурных нитей паутины Космоса.

На первый взгляд, имитационное приближение на основе жизни плесени для определения структуры Вселенной выглядит, по крайней мере, странным. Но история науки знает много примеров, когда модели роста этих микроорганизмов помогали решать сложные проблемы:

  • Поиск оптимальных маршрутов для трафика в мегаполисах.
  • Определения направлений для эвакуации толпы.
  • Решения задач, связанных с лабиринтами.
https://youtu.be/czk4xgdhdY4

Обращение к Physarum polycephalum, по словам исследователей, не случайно. Трудные для понимания человеком головоломки этот микроорганизм, выращенный в чашке Петри, может решить за несколько дней, а виртуальный слизевик – даёт близкий вариант решения в течение нескольких минут. По-видимому, слизистая плесень обладает особым, если можно так сказать, интеллектом, который способен решать пространственные задачи быстрее человека. И это вполне возможно, при учёте, что от такой способности зависит его выживание.

По материалам https://www.spacetelescope.org/news/heic2003/

Визуализации Sage Jenson

Понравилась статья! Поделитесь в соцсетях!

Подпишитесь на нашу рассылку!

Комментарии

Вы должны войти, чтобы оставить комментарий.

Похожие статьи
Автор