在浩瀚的自然界中，大到宇宙網的結構、雷電的形狀、樹枝的分叉，小到菌絲的延伸、神經的分支、黏菌的脈絡網，這些毫無關聯的物質，似乎遵循著某種共同的法則。是巧合？還是大自然精心設計的算法？

形態相似的閃電、黏菌和菌絲

在自然界中，黏菌這一微小生物，卻暗藏著揭示宇宙運行規律的密碼。此前的as文章曾介紹過黏菌學者南方熊楠的黏菌哲學，他堅信觀察黏菌便是解讀宇宙法則的密鑰。

如今，科學家們循著這一思路，將抽象的哲學思考轉化為具體的研究手段：通過黏菌算法來推演宇宙網的復雜結構。

在廣袤無垠的宇宙中，人類肉眼所能直接觀測到的可見物質僅占宇宙總質能（質量與能量總和）的約4.9%。更多的其實是既不發光，也不反射光的暗物質。

宇宙間這些看似分散的星系，實則由一張巨大的宇宙網相互連接。

宇宙網是宇宙在最大尺度上的結構，由眾多星系、星系團、氣體和暗物質構成，構成了整個宇宙的“骨架”。1985年，哈佛-史密森尼天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）開展的紅移巡天調查，（Redshift Survey）首次為宇宙網的存在提供了觀測證據。

宇宙網模擬圖

科學家們的一項突破性發現令人驚嘆：宇宙網中的纖維狀結構——那些在模擬圖中呈現紫色的細絲，竟與黏菌的營養輸送網絡有著驚人的同構性。這種相似絕非表面形態的巧合，二者本質上都是為實現資源高效連接與路徑優化而存在的精密系統。

研究人員受黏菌覓食行為啟發，將其動態尋優機制轉化為算法模型，成功用于勾勒宇宙網細絲分布，并精準定位其中隱匿的氣體物質。這一創新性研究方法，為天體物理學領域打開了全新視角，有望幫助我們更深入地解析宇宙網的形成機制與演化規律。

自2000年，日本的中垣俊之教授做了黏菌迷宮實驗以來，黏菌便開始被應用于解決各種各樣的空間問題，比如模擬東京等城市的地鐵線路圖。

黏菌通過系統地探索食物來源與周圍環境，將自己塑造成了復雜的網絡與食物來源點相連。因此，食物來源便可以代表輸入的數據（比如地鐵站的位置），不同的化學和物理刺激可以用于進一步引導黏菌的生長（比如用光照和陰影來模擬山區）。

但是，用實體的黏菌來解決空間問題存在顯著缺點，那就是黏菌生長緩慢，僅僅適用于簡單的問題，當數據點過多，或者在復雜的3D空間，這個方法便不再可行。

2010年杰夫?瓊斯（Jeff Jones）開創性地提出了黏菌智能體仿真系統。

通過算法對黏菌行為模式進行數字化建模，這一創新突破了物理條件限制，為高效處理復雜空間問題開辟了新路徑。

隨后，跨學科科學家奧斯卡·埃萊克博士（Oskar Elek）團隊從杰夫·瓊斯（Jeff Jones）的成果中汲取了許多靈感，將瓊斯的模型從2D擴展到3D，應用到了宇宙網結構的構建之中。 提出了名為“Monte Carlo Physarum Machine（MCPM）”的計算模型，旨在重建宇宙中氣體和暗物質的大規模分布（宇宙網）。

此外，奧斯卡團隊也從藝術界積極汲取靈感。當他們在尋找一種用來可視化宇宙網結構的方法時，奧斯卡·埃萊克在網上發現了柏林媒體藝術家塞奇·詹森（Sage Jenson）的作品。

NASA稱塞奇·詹森的作品是“令人著迷的藝術模擬…”。

Sage Jenson，36 Points (2022)

巧合的是，塞奇·詹森的一部與黏菌相關的作品的靈感也恰好來源于前文提到的杰夫·瓊斯發表的一篇論文。

2010年，杰夫·瓊斯發表了一篇名為“Strategies formation and evolution in approximations of Physarum transport networks（近似黏菌傳輸網絡中的策略形成與演化）的論文。論文中所展示的基于黏菌智能體的仿真系統令塞奇·詹森感到十分新奇。

他以瓊斯的理論模型為基石，融入個人創意，借助GPU強大的并行計算能力，通過數字媒體與計算機技術，生動演繹出黏菌網絡結構動態生長的奇幻圖景。

杰夫·瓊斯的算法框架與塞奇·詹森的藝術創想，如同一顆投入科研湖面的石子，激蕩出利用黏菌算法探索宇宙網結構的靈感漣漪。

黏菌與宇宙網的相似性，絕非視覺層面的巧合——宇宙網中維系星系物質流動與能量交互的絲狀結構，恰似黏菌為高效獲取養分而編織的動態網絡，二者在功能優化機制上展現出驚人的同構性：黏菌通過實時調整菌絲網絡提升覓食效率，宇宙網則以類似邏輯維持著全宇宙的物質平衡與系統穩定。基于這種跨越尺度的奇妙呼應，科學家們將黏菌算法應用于繪制宇宙網絲狀結構、推演暗物質分布規律，乃至解析星系間復雜作用力。

從工程領域的飛機汽車結構設計，到天體物理中浩瀚宇宙網的計算建模，黏菌算法的廣泛應用，恰恰印證了百年前南方熊楠“觀察黏菌即洞悉宇宙法則”的哲學預言。

這種微小生物以其獨特的生存智慧揭示：真正的智能不在于預設的程式規則，而在于隨機應變、迭代進化的能力。它如同一面鏡子，映照出自然界蘊藏的無限啟示，提醒著人類在科技探索之路上，始終保持對自然奧秘的敬畏與借鑒。

Reference:

https://www.sagejenson.com/36points/#07_enmeshed_singularities

https://cargocollective.com/sagejenson

https://feralfile.com/journal/close-up/movement-space-memory

https://cordis.europa.eu/project/id/316366

https://science.nasa.gov/resource/cosmic-web/

https://www.astronomy.com/science/what-is-the-cosmic-web-made-of/

來源：as科學藝術研究中心

編輯：紫竹小筑

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