Разумна ли Вселенная? Исследование показало удивительное сходство в устройствах человеческого мозга и Вселенной

Одна из удивительных особенностей Вселенной заключается в том, что формы и узоры могут быть найдены в совершенно разных контекстах: золотую спираль можно обнаружить и в раковине улитки, и в форме спиральной галактики, а, скажем, фрактальная геометрия вен сродни ветвлению молнии.

Астрофизик и нейрохирург провели довольно смелое исследование, применив количественный анализ для сравнения двух самых сложных систем в природе: нейронной сети в человеческом мозге и космической сети галактик во Вселенной.

Удивительно, но сравнение оказалось не таким уж и странным, как может показаться на первый взгляд. Наверняка, каждый уже видел изображение, показывающее в сравнении человеческий нейрон и скопление галактик. Подобное сравнение можно списать на апофению — стремление искать структуру или взаимосвязи в случайных или бессмысленных данных. Так вот, специалисты пошли гораздо дальше простого визуального сравнения и получилось довольно интересно. 

Mark Miller/Virgo Consortium/Visual Complexity.

Ещё в 2017 году в научно-популярном журнале перед началом своего исследования учёные написали:

«Галактики могут группироваться в огромные структуры, называемые кластерами, сверхскоплениями и нитями, которые простираются на сотни миллионов световых лет. Граница между этими структурами и соседними участками пустого пространства, называемыми космическими пустотами, может быть чрезвычайно сложной. Гравитация разгоняет материю на этих границах до скоростей в тысячи километров в секунду, создавая ударные волны и турбулентность в межгалактических газах. Мы предсказали, что граница между пустотой и нитью является одним из самых сложных объёмов Вселенной, если судить по количеству бит информации, необходимой для её описания. Это заставило нас задуматься: а не сложнее ли он (этот объём), чем мозг?»

Результаты команды предполагают, что, хотя физические процессы, которые управляют структурой Вселенной и структурой человеческого мозга, чрезвычайно различны, они могут привести к одинаковым уровням сложности и самоорганизации.

Отправной точкой было выяснение визуального сходства между ними. Человеческий мозжечок содержит около 69 миллиардов нейронов; наблюдаемая космическая сеть содержит более 100 миллиардов галактик. Это факт исследователи посчитали первым таким сходством.

Обе системы организованы в чётко определённые сети, узлы которых (нейроны в мозге, галактики во Вселенной) соединены нитями.

И нейроны, и галактики имеют типичный масштабный радиус, который составляет лишь часть длины нитей, а поток информации и энергии между узлами составляет лишь около 25% от массы и энергоёмкости каждой системы.

Кроме того, существует сходство между составом мозга и составом Вселенной. #Мозг на 77% состоит из воды. #Вселенная от 70 до 80% состоит из тёмной энергии. Тут вопрос в схожести функционального назначения воды и тёмной энергии в каждой из структур.

Определив эти сходства, команда затем провела количественное сравнение этих двух объектов на основе изображений. Они получили срезы мозжечка и коры головного мозга человека при различных увеличениях и сравнили их с моделями космической паутины.

Они искали сходство в колебаниях плотности материи между мозгом и космической сетью и обнаружили, что относительное распределение флуктуаций в этих двух системах было удивительно сходным, несмотря на принципиально различные масштабы с разницей в 27 порядков (это миллиард миллиардов миллиардов).

Кусочек мозжечка при 40-кратном увеличении (слева) и имитация космической паутины со стороной 300 световых лет (справа). © University of Bologna.

Анализ показал, что распределение флуктуаций внутри нейрональной сети мозжечка в масштабе от 1 микрометра до 0,1 миллиметра следует той же прогрессии распределения материи в космической паутине, но, конечно, в большем масштабе, который идёт от 5 миллионов до 500 миллионов световых лет.

Но это было далеко не всё

Команда изучила другие морфологические особенности, такие как количество нитей, соединённых с каждым узлом. Космическая сеть, основанная на выборке из 3800-4700 узлов, имела в среднем 3,8-4,1 соединения на узел. Человеческая кора головного мозга, для выборки из 1800-2000 узлов, имела в среднем 4,6-5,4 соединения на узел.

Кроме того, обе системы демонстрировали тенденцию к кластеризации соединений вокруг центральных узлов. И обе, по-видимому, обладают одинаковым информационным потенциалом.

Недавнее исследование показало, что память человеческого мозга составляет около 2,5 петабайт. Другое недавнее исследование предполагает, что объём памяти, необходимый для хранения сложности Вселенной, составляет около 4,3 петабайта.

Грубо говоря, это сходство в ёмкости памяти означает, что весь объём информации, хранящейся в человеческом мозге (например, весь жизненный опыт человека), также может быть закодирован в распределении галактик в нашей Вселенной.

Никакой мистики

Крупномасштабная структура Вселенной.

Соблазн, безусловно, велик, но результаты данного исследования не говорят о том, что Вселенная является мозгом или способна к восприятию. Всё не менее интересно, ведь вполне может так получиться, что законы, управляющие ростом структур обоих, могут быть абсолютно одинаковыми.

На самом деле, намёки на это появляются достаточно давно. Так, согласно статье 2012 года, причинная сеть, представляющая крупномасштабную структуру пространства-времени в нашей ускоряющейся Вселенной, представляет собой степенной график, удивительно похожий на человеческий мозг.

«В очередной раз структурные параметры выявили неожиданные уровни согласования. Вероятно, связь внутри этих двух сетей развивается по сходным физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны», — сказал один из авторов работы.

Источник: zen.yandex.ru

Комментарии: