Vova Krasen
0 
4089
597
Natura jest pełna pięknych wzorów, takich jak pozornie złożone kształty płatków śniegu, wybrzeży, chmur i muszelek.
Ale powiększ, a zobaczysz fraktale, co oznacza ten sam, prosty wzór powtarzający się w coraz mniejszych skalach.
Teraz naukowcy odkryli, że prosty obiekt wykonany przez człowieka, laser, może również tworzyć te oszałamiająco skomplikowane wzory - tak jak przewidywano po raz pierwszy dwie dekady temu. Swoje wyniki opublikowali 25 stycznia w czasopiśmie Physical Review A.
Laser można traktować jako pudełko składające się z dwóch luster, z cząsteczkami światła lub fotonami odbijającymi się między lustrami - powiedział autor badania Andrew Forbes, profesor fizyki na University of the Witwatersrand w Johannesburgu. , Afryka Południowa. Jednak jedno z luster jest zakrzywione tak, że niektóre fotony odbijają się pod kątem i uciekają, zamiast ponownie uderzać w drugie lustro, powiedział Forbes. Światło lasera, które widzimy, składa się z tych uciekających fotonów. [Niesamowite obrazy: kształty serca w naturze]
Naukowcy przewidzieli dziesiątki lat temu, że światło uciekające z lasera mogłoby teoretycznie wytworzyć fraktal w odpowiednich warunkach. Ale okazuje się, że tak nie jest.
Raczej „to, co musieliśmy zrobić, to zajrzeć do wnętrza pudełka” - powiedział Forbes .
Aby stworzyć fraktal, wykorzystali zakrzywione zwierciadła lasera i kazali im pełnić podwójną funkcję jako rodzaj „teleskopu”. W tym przypadku lustra były zakrzywione w specjalny sposób, który zniekształcał kształty jak lustro w wesołym miasteczku. „To, co robi teleskop, polega na tym, że [on] sprawia, że duże rzeczy stają się małe lub małe” - powiedział Forbes. Tak więc za każdym razem, gdy światło raz się obchodzi, ich system teleskopów albo je powiększa, albo zmniejsza. W rezultacie „w jednym szczególnym miejscu [wewnątrz lasera] tworzy tę zabawną, naprawdę szaloną strukturę” - „obraz w obrazie w obrazie” - powiedział. Innymi słowy: fraktal.
Naukowcy stworzyli wiele różnych rodzajów fraktali, bawiąc się krzywizną luster i zmieniając w ten sposób powiększenie.
Następnie zbudowali system obrazowania, który wychwytywał te wewnętrzne fraktale i przenosił je na ekran. Wzorzec powtarza się tylko do momentu osiągnięcia długości fali światła, podobnie jak fraktale w naturze powtarzają się tylko do przybliżenia do poziomu atomu, powiedział współautor Johannes Courtial, starszy wykładowca fizyki i astronomii na University of Glasgow w Szkocja. (Jednak w matematyce fraktale powtarzają się w nieskończoność, tak jak w przypadku słynnego zbioru Mandelbrota).
Do tego momentu ludzie prawdopodobnie patrzyli w niewłaściwe miejsce w laserze, powiedział Courtial.
„My też nie wyglądaliśmy na odpowiednią płaszczyznę, więc nie jest to idealny eksperyment” - powiedział Courtial. Teraz, kiedy odkryli, że można to zrobić, w kolejnych eksperymentach „możemy zrobić znacznie lepiej”.
Symulacje teoretyczne, prowadzone przez Courtial, sugerowały, że ten wzór może istnieć nie tylko w dwóch wymiarach, ale także w 3D. Oznacza to, że kiedy przecinasz fraktalny wzór prostopadły do płaszczyzny, na której się znajduje, możesz zobaczyć dokładnie ten sam, samopodobny wzór. Kiedy pojawiło się to w symulacjach lasera, „w ogóle się tego nie spodziewałem” - powiedział Courtial. Ale naukowcy wciąż nie udowodnili tego eksperymentalnie.
Courtial powiedział, że przeprowadzili te eksperymenty „wyłącznie w interesie” i na razie nie ma praktycznych zastosowań.
Ale świadomość, że światła laserowe mogą tworzyć fraktale, może prawdopodobnie prowadzić do pewnego rodzaju mikroskopu lub systemu obrazowania, który mógłby patrzeć na wiele wymiarów, a nie na powierzchnię lub tylko jedną warstwę obiektu, powiedział Forbes. „Światło fraktalne niesie ze sobą dużą złożoność, więc można marzyć, że być może jest to idealny rodzaj wiązki do badania złożonej materii”.
- Jak fajerwerki tworzą kształty?
- Zdjęcia: duże liczby definiujące wszechświat
- Nature Under Glass: Gallery of Victorian Microscope Slides
Pierwotnie opublikowano w dniu .