Yurii Mongol
0 
3689
402
Naturen är fylld med vackra mönster, liksom de till synes komplexa formerna av snöflingor, kustlinjer, moln och snäckskal.
Men zooma in så ser du fraktaler, vilket betyder samma, enkla mönster som upprepas vid mindre och mindre skalor.
Nu har forskare funnit att ett enkelt mänskligt gjort objekt, en laser, också kan skapa dessa fantastiska intrikata mönster - som först förutsades för två decennier sedan. De rapporterade sina resultat 25 januari i tidskriften Physical Review A.
En laser kan tänkas vara en låda som består av två speglar, med ljuspartiklar eller fotoner, som hoppar fram och tillbaka mellan speglarna, sa studieförfattaren Andrew Forbes, professor i fysik vid University of the Witwatersrand, i Johannesburg , Sydafrika. Men ett av speglarna är krökta så att några av fotonerna studsar i vinkel och flyr snarare än att slå den andra spegeln igen, sade Forbes. Det laserljus som vi ser består av de flyktande fotonerna. [Fantastiska bilder: Hjärtaformer i naturen]
Forskare förutspådde för decennier sedan att ljuset som rymmer från lasern teoretiskt kan ge en fraktal under de rätta förhållandena. Men det visar sig att det inte är fallet.
Snarare, "vad vi var tvungna att göra var att titta inuti lådan", berättade Forbes .
För att skapa fraktalen använde de laserens böjda speglar och fick dem att göra dubbeltull som ett slags "teleskop." I det här fallet var speglarna krökta på ett speciellt sätt som förvrängde former som en funhouse-spegel. "Vad ett teleskop gör är [det] antingen gör stora saker små eller små saker stora," sade Forbes. Så varje gång ljuset tänds en gång förstorar deras teleskopsystem det eller krymper det. Som ett resultat, på "en viss plats [inuti lasern], bildar den denna roliga, denna riktigt galna struktur" - "en bild inom en bild inom en bild," sade han. Med andra ord: en fraktal.
Forskarna skapade många olika slags fraktaler genom att leka med speglarnas krökning och därmed förändra förstoringen.
De byggde sedan ett bildsystem som fångade dessa inre fraktaler och förde dem utanför till en skärm. Mönstret upprepas bara tills du når ljusets våglängd, precis som fraktaler i naturen upprepar bara tills du zoomer in till atomens nivå, sa medförfattaren Johannes Courtial, universitetslektor i fysik och astronomi vid University of Glasgow i Skottland. (I matematik upprepar dock fraktaler oändligt, som är fallet med den berömda Mandelbrot-uppsättningen.)
Fram till denna tidpunkt såg folk förmodligen på fel plats i lasern, säger Courtial.
"Vi såg inte riktigt i rätt plan [antingen], så det är inte det perfekta experimentet," berättade Courtial. Nu när de har kommit fram till att det kan göras, i efterföljande experiment, "kan vi göra mycket bättre."
De teoretiska simuleringarna, ledda av Courtial, föreslog att detta mönster kanske inte bara finns i två dimensioner utan också i 3D. Det betyder att när du skär igenom fraktalmönstret vinkelrätt mot planet det är på, kan du se exakt samma, självliknande mönster. När det dök upp i simuleringar av lasern, "förväntade jag mig det inte alls", sade Courtial. Men forskarna har fortfarande ännu inte bevisat detta experimentellt.
Courtial sa att de genomförde dessa experiment "rent av intresse" och att det inte finns några praktiska tillämpningar än.
Men att veta att laserljus kan skapa fraktaler kan möjligen leda till ett slags mikroskop eller bildbehandlingssystem som kan titta på flera dimensioner snarare än ytan eller bara ett lager av ett objekt, berättade Forbes. "Fraktaljus bär mycket komplexitet, och så kan man drömma om att det kanske är den perfekta typen av stråle att undersöka komplex materia."
- Hur gör fyrverkerier formar?
- Foton: Stort antal som definierar universum
- Nature Under Glass: Gallery of Victorian Microscope Slides
Ursprungligen publicerad den .