A természetben sok hasonló alakzatot lehet felfedezni, néha egészen különböző nagyságrendekben is. Az arany spirál formája ugyanúgy meghatározza az emberi fülben található csigát, ahogy a spirálgalaxisokat, míg a fraktálgeometria alakzatai a vérerektől a tüdőhörgőkön át a Szaturnusz gyűrűrendszeréig számos különböző emberi és galaktikus jelenségben megtalálhatók.

Franco Vazza, a Bolognai Egyetem asztrofizikusa és Alberto Feletti, a Veronai Egyetem idegsebésze most egy még nagyobb összefüggésre igyekezett rámutatni: hipotézisük szerint az emberi agy neuronjainak hálózata és a világegyetem galaxisainak kozmikus hálózata szintén a megtévesztésig hasonlít egymásra.

Máshogy hasonlít

A galaxisok képesek óriási struktúrákba (halmazokba, szuperhalmazokba, szálakba) rendeződni, amelyek több százmillió fényéven át húzódnak. Az ilyen galaktikus struktúrák és az őket körülvevő üres tér közötti határvonalak mentén a gravitáció hatására másodpercenként több ezer kilométeres gyorsasággal haladnak az anyagok, ami lökéshullámokat és örvényeket eredményez az intergalaktikus gázokban.

Vazza és Feletti számításai szerint ezek a határvonalak az univerzum legkomplexebb területei, mivel ezek leírása igényli a legnagyobb információmennyiséget. Bár az ilyen struktúrák és az emberi agy mérete felfoghatatlan nagyságrendekben különbözik egymástól, és minden bizonnyal a kettő fizikai-kémiai működése sem összehasonlítható, a spirálok és a fraktálok példája alapján nem elképzelhetetlen, hogy a komplexitás és az önszerveződés mértékében mégis tükrözi egymást az agy és az univerzum.

Elsőként a szembetűnő hasonlóságokat keresték meg.

• A kisagy körülbelül 69 milliárd neuronnal rendelkezik, míg a megfigyelhető kozmikus háló nagyjából 100 milliárd galaxissal.
• Mindkét rendszer jól meghatározható hálózatokba rendeződik, egyértelmű csomópontokkal (neuronok és galaxisok), amelyeket szálak kötnek össze.
• A csomópontok közötti információ- és energiaáramlás az adott rendszer tömeg- és energiatartalmának csak körülbelül 25 százalékát érinti.
• Az agy és az univerzum összetétele is mutat hasonlóságot: az agy 77 százalékban vízből, a világegyetem 72 százalékban sötét energiából áll – mindkettő passzív anyag, amely áthatja az egész rendszert, de csak közvetett szerepet játszik a folyamataiban.

Univerzális törvények

Ezután jöhetett a kvantitatív elemzés: a kisagy és az agykéreg különböző nagyítású képeit összehasonlították a kozmikus háló szimulációival, elsősorban a két rendszer anyagsűrűségének hasonló ingadozásait keresve. A két rendszer spektrális sűrűségének kiszámolása után azt figyelték meg, hogy a kisagy neuronhálózatának 1 mikrométer x 0,1 milliméteres skáláján nagyon hasonlóan oszlanak el az ingadozások, mint a kozmikus háló 5 millió és 500 millió fényév közötti szeletén.

Azt is kiszámították, hogy a két rendszer egyes csomópontjaihoz átlagosan hány szál kötődik: a kutatók szerint a kozmikus háló esetében 3,8–4,1 szál kapcsolódik egy galaxishoz, míg egy neuront átlagosan 4,6–5,4 szál köt az agykéregben.

Korábbi kutatások alapján az is kijelenthető, hogy az információtárolás tekintetében is hasonló a két rendszer: az emberi agy memóriája 2,5 petabájt körüli, míg az univerzum komplexitásának tárolásához 4,3 petabájtos kapacitásra lenne szükség. Ez arra utal, hogy az agy és a világegyetem struktúráinak növekedését hasonló törvények alakítják.

„Lehet, hogy a két hálózat összekapcsolódásai ugyanolyan fizikai elvek szerint fejlődnek, dacára a neuronokat és a galaxisokat szabályozó fizikai erők egyértelmű és jelentős különbségeinek” – mondta Feletti egy közleményben.

A két kutató azt is kiemelte, hogy az agy és az univerzum komplex hálózatai jobban hasonlítanak egymásra, mint a kozmikus háló egy galaxisra, vagy a neuronok hálózata egy neuron belső összetételére.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

Megdöbbentően hasonlít a Tejútrendszerre egy ősi galaxis

Vajna Tamás tudomány 2020. augusztus 12.

A csillagrendszer fénye 12 milliárd év alatt ért el a Földre, így abban az állapotában látható, amikor az Univerzum még csak 1,4 milliárd éves volt.

Magyar fizikusok mesterséges neuronhálózattal erednek a rejtélyes sötét anyag nyomába

Qubit.hu tudomány 2018. november 12.

Az ELTE TTK Fizikai Intézetének kutatói egy mesterséges neuronhálózaton alapuló módszerrel minden eddiginél több információt tudnak kinyerni az univerzum gravitációs lencsézéssel készített háromdimenziós térképéből.

Csillagászoknak sikerült pontosan kiszámolni, mennyi anyag van az univerzumban

Qubit.hu tudomány 2020. szeptember 29.

Még a legzseniálisabb tudósokon is kifogott eddig a feladat, de amerikai kutatók végre megoldották: a világegyetem 31,5 százaléka anyag és energia, a fennmaradó 68,5 százalék pedig olyan sötét anyag, aminek a működését még a csillagászok sem értik teljesen.