我們宇宙的結構如同摺紙一樣，引力是把最初平坦的一張紙摺疊起來形成星系，並把光明和生命帶到這個宇宙。通過對摺紙這種直觀的類比，我們就可以研究出星系是如何形成的，爲什麼它們會旋轉，以及早期的宇宙如何形成網狀結構以及巨大的空洞，這是不是很神奇？

6維空間中摺紙

美國約翰·霍普金斯大學的馬克·尼靈克，正在從事對星系和宇宙結構形成的研究，尤其是對暗物質吸引普通物質並形成星系過程的研究。2011年，尼靈克遇到了羅伯特·朗——一位摺紙大師，也是一位物理學家。朗指出，探測器的太陽能電池板就如同摺紙一樣展開。尼靈克突然想到描述摺紙的數學可能有助於描述宇宙的結構。

要想理解爲什麼尼靈克會把宇宙結構與摺紙藝術聯繫起來，我們需要在6維空間中來考慮這個問題。宇宙中所有物質的位置，可以在普通的3維空間中表示出來。但物質還會有動量，我們要用3個參量來描述動量的方向，這也可在動量的3維抽象空間中表示出來。物理學家通常會把位置和動量放在一起來研究，這樣也可以把上面兩個空間合起來，變成了一種6維抽象空間，稱爲相空間。

宇宙大爆炸發生之後，所有的物質都會在3維的位置空間中分散開來。但是要知道，宇宙的膨脹是時空本身的膨脹，物質相對於宇宙大背景其實是不怎麼動的，所以說在動量空間中物質的參數都是0。這樣，在6維相空間中，宇宙中的所有物質會形成一張平滑的3維膜。

然後，引力開始把周圍的物質拉拽到密度較大的地方。在相空間裏，運動意味物質開始具有了動量的參量，使得這張3維膜開始向動量的維度伸展。當運動愈加明顯時，動量的參量就越大，這張膜就會扭曲和重疊，就像摺紙一樣。

摺疊更多的地方意味着這裏有更多的物質聚集。隨着摺疊的繼續，那些節點（高密的地方）常與紙條（較密的地方）相連，之間的空隙則是平坦的紙張（低密的地方）。最終的結構就如同現在宇宙在大尺度下的結果一樣，星系團通過絲狀結構相連，構成巨大的物質網，網內則存在巨大的空洞。

當然，摺紙並不完全類似於宇宙，因爲紙是不能拉伸的，而普通物質和暗物質卻可以。但是這種類比卻抓住了物理的核心思想，與利用複雜的星系模型來研究相比，用摺紙來研究更加簡單。尼靈克的摺紙理論，會對宇宙結構的理解有很大幫助。

摺紙解決疑難

摺紙理論還能幫助我們分析暗物質的分佈情況。宇宙中的暗物質比普通物質更多，但卻不能被直接觀測到。我們只能通過它們的引力作用來進行研究，例如暗物質會彎曲它背後傳過來的星光，這種現象被稱爲引力透鏡。通過引力透鏡，我們可以找到暗物質。很顯然，我們越是瞭解星系的真實模樣，就會更準確看出引力透鏡的真實效果，這樣我們就會更加了解暗物質的分佈情況。

科學家通常以爲星系的旋轉方向是隨機的，但事實上它們與其周圍的星系都具有類似的方向。如果通過摺紙這就很好理解了。當你在一張紙上摺疊出一系列星系時，它們就會有類似的方向。因爲這些摺疊代表着流動的絲狀結構，這些絲狀結構中的物質流向一個星系時，會使得星系旋轉。絲狀結構會把周圍的星系連接起來，這個結構裏面的物質流動方向都是相同的，這樣，通過物質的交流，會使得周圍的星系都具有類似的旋轉方向。所以利用摺紙理論，我們可以準確地估算出星系的分佈情況，這樣我們可更準確地分析由暗物質引起的扭曲等現象。

摺紙理論還有一個很好的推理。我們知道每一個星系都坐落在大塊的暗物質中心，其中大塊的暗物質叫做暗物質暈。2014年的研究顯示，暗物質暈與預期的不一樣，其邊緣是有棱有角的。這種現象可以用摺紙理論來解釋。大多數研究人員都假設暗物質暈應該如同橢球體那樣圓滑，而尼靈克根據摺紙理論來研究，發現它其實更像一個不規則的多面體。所以如果是這樣的話，每一個新的星系都是誕生在暗物質的多面的“鑽石”之中的。

上圖中所闡釋的就是尼靈克根據摺紙理論所演示的一個星系和包含6個星系的星系團結構形成的過程。

如果你是個摺紙新手，估計你很難折出包含6個星系的星系團，而尼靈克已經熟能生巧了。他雖然多數情況下是利用計算機來進行模擬，但是他親手利用藍圖紙折了一個宇宙的結構。下圖就是他所折的紙。紙上的背景圖則是由位於智利的歐洲南方天文臺所繪製的星系分佈圖，其範圍有數十億光年。尼靈克所摺疊地方正好正對着多數星系團分佈的地方，而每一個節點這對應着一個巨大的超星系團。

尼靈克的摺紙理論還需要很多後續的研究。當然，哪天天文學家發現某個遙遠的星系團長得像千紙鶴，那麼摺紙理論就更正確了。

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