Luonto on täynnä kauniita kuvioita, kuten lumihiutaleiden, rannikkoalueiden, pilvien ja simpukoiden näennäisesti monimutkaiset muodot.
Mutta pienennä, niin näet fraktaalit, tarkoittaen samaa, yksinkertaista mallia, joka toistuu pienemmissä ja pienemmissä mittakaavoissa.
Nyt tutkijat ovat havainneet, että yksinkertainen ihmisen tekemä esine, laser, voi myös luoda nämä hämmästyttävän monimutkaiset kuviot - kuten kaksi vuotta sitten ennakoitiin. He kertoivat tuloksistaan 25. tammikuuta Physical Review A -lehdessä.
Laseria voidaan ajatella laatikkona, joka koostuu kahdesta peilistä, joissa on valohiukkasia tai fotoneja, jotka palautuvat edestakaisin peilien välillä, sanoi tutkimuksen kirjoittaja Andrew Forbes, Witwatersrandin yliopiston fysiikan professori, Johannesburg , Etelä-Afrikka. Toinen peileistä on kuitenkin kaareva siten, että osa fotoneista pomppii kulmaan ja pakenee sen sijaan, että lyö uudelleen toista peiliä, Forbes sanoi. Näkemämme laservalo koostuu niistä pakenevista fotoneista.
Tutkijat ennustivat vuosikymmeniä sitten, että laserilta karkaava valo voisi teoreettisesti tuottaa fraktaalin oikeissa olosuhteissa. Mutta osoittautuu, että näin ei ole.
Pikemminkin "mitä meidän oli tehtävä, oli katsoa laatikkoon", Forbes kertoi Live Science: lle.
Fraktaalin luomiseen he käyttivät laserin kaarevia peilejä ja saivat heidät tekemään kaksoisvelvollisuus eräänlaisena "kaukoputkena". Tässä tapauksessa peilit olivat kaarevat erityisellä tavalla, jotka vääristivät muotoja kuin huvimajan peilit. "Se, mitä kaukoputki tekee, tekee joko isoista tai pienistä isoista", Forbes sanoi. Joten joka kerta, kun valo kiertää kerran, heidän teleskooppijärjestelmä joko suurentaa sitä tai kutistaa sitä. Seurauksena on, että "yhdessä tietyssä paikassa se muodostaa tämän hauskan, todella hullurakenteen" - "kuvan kuvan sisällä olevan kuvan", hän sanoi. Toisin sanoen fraktaali.
Tutkijat loivat monenlaisia fraktaaleja pelaamalla peilien kaarevuudella ja muuttamalla siten suurennusta.
Sitten he rakensivat kuvantamisjärjestelmän, joka vangitsi nämä sisäiset fraktaalit ja toi ne ulos näytölle. Kuvio toistuu vain, kunnes saavutat valon aallonpituuden, samoin kuin fraktaalit luonnossa toistavat vain siihen asti, kun zoomataan atomin tasoon, sanoo avustaja Johannes Courtial, fysiikan ja tähtitieteen lehtori Glasgow'n yliopistosta vuonna Skotlanti. (Matematiikassa fraktaalit toistuvat kuitenkin äärettömästi, kuten kuuluisan Mandelbrot-sarjan tapauksessa.)
Tähän asti ihmiset luultavasti katsoivat väärään paikkaan laserissa, Courtial sanoi.
"Emme näyttäneet oikealta oikealta, joten se ei ole täydellinen kokeilu", Courtial kertoi Live Science: lle. Nyt kun he ovat tajunnut, että se voidaan tehdä, myöhemmissä kokeissa "voimme tehdä paljon paremmin".
Courtialin johtamat teoreettiset simulaatiot ehdottivat, että tämä kuvio ei välttämättä ole vain kahdessa ulottuvuudessa, vaan myös kolmiulotteisena. Tämä tarkoittaa, että kun leikkaat fraktaalikuvion kohtisuoraan sen tasoon nähden, jossa se on, saatat nähdä täsmälleen saman, itse samanlaisen kuvion. Kun tämä näkyi lasersimulaatioissa, "en odottanut sitä ollenkaan", Courtial sanoi. Mutta tutkijoiden on vielä vielä todistettava tämä kokeellisesti.
Tuomioistuimen mukaan he suorittivat nämä kokeet "puhtaasti kiinnostuksen ulkopuolella" ja että käytännöllisiä sovelluksia ei ole vielä olemassa.
Forbes kertoi Live Sciencelle, että tietäen, että laservalot voivat luoda fraktaalia, voi syntyä jonkinlainen mikroskooppi tai kuvantamisjärjestelmä, joka voi tarkastella useita ulottuvuuksia kohteen pinnan tai vain yhden kerroksen sijasta. "Fraktaalivalo kuljettaa paljon monimutkaisuutta, ja niin voi unelmoida, että ehkä se on sitten täydellinen säteilytyyppi monimutkaisen aineen koettimeksi."
