长久以来,物理学界有一个宏大目标,寻找大一统理论,也常被叫做万物之理。这套理论设想只用一套公式,解释宇宙里的四大基本力,描述宇宙所有事件。爱因斯坦晚年投入大量时间寻找这套理论,直至离世,依旧没能完成。
后续科研推进过程中,不少研究者意识到,单一理论很难做到预测宇宙全部现象。即便未来完成四大基本力的统一,也无法精准预判宇宙里发生的一切。宇宙带有非决定性特征,依靠现有数据推演未来,误差会持续放大。

宏观层面的物理规律保持稳定,微观量子世界的运动存在不确定性。两种状态叠加,构成宇宙的面貌。如果世间所有事件都能提前预判,就会衍生出宇宙如同预设程序的猜想。
微观层面的不确定,汇聚起来形成宏观世界的稳定状态。研究者观察自然,发现微观与宏观之间存在自相似特征,局部结构放大或缩小之后,形态会和整体保持一致。

罗马花椰菜就是很典型的例子。它沿着指数螺旋生长,生长轨迹对应斐波纳契数列。整颗大花球由大量小花球拼接而成,每一个小花球的外形,和整颗花球几乎一样。这种现象被纳入分形几何学的研究范围。
传统几何学研究整数维度的规整图形,分形几何学的研究对象维度可以是任意非负实数。自然界里大量事物都具备这类特征。基于分形几何学的自相似特性,科学家推导出曼德勃罗集,这个图案也被不少人称作上帝指纹。图案任意截取一小部分,放大之后,都能看到和整体一致的结构。
自然界随处可以找到分形案例。树木的整体轮廓,和单片树叶的轮廓存在相似之处。很多乔木的枝干分叉模式,会持续重复同一个结构,局部枝干形态复刻整棵大树。
依托分形几何学发展出来的分形理论,在数学、物理领域带来很多新思路,天文学研究同样从中获得参考。分形理论展示自然里的几何特征,也把自相似这个概念带到宇宙尺度的讨论当中。

分形呈现的视觉效果,属于混乱状态里诞生的秩序。宇宙存在大量无序随机的事件,但在无序之中,反复出现同类结构。无数微观单元构成宏观物体,微观层面充满随机变化,依靠自相似的结构特征,宏观世界才能维持稳定。这也可以用来解释量子世界的不确定性,和我们日常所处宏观环境稳定状态共存的现象。
天体系统里也能找到类似结构。引力作用下,物质会向引力中心聚集。太阳系依靠太阳引力维持系统运转,太阳系本身,又在银河系中心黑洞的引力作用下运动。地球围绕太阳、太阳系围绕银心黑洞,不同尺度的天体系统,存在结构上的自相似特征。
原子结构也曾被拿来和星系对比。原子由原子核与环绕运动的电子构成,原子核处在中心位置,电子在外层环绕运动。这个结构和恒星系统中,恒星居于中心,行星环绕运转的形态可以放到同一框架对比。
如果宇宙在更大尺度上,同样具备分形理论描述的自相似特点,那么人类就有机会搭建一套可以描述整个宇宙的模型,继续推进爱因斯坦当年寻找万物之理的方向。目前相关讨论还停留在研究探讨阶段,还没有形成可以完全证实的结论。