Η φύση γεμίζει με όμορφα σχήματα, όπως τα φαινομενικά περίπλοκα σχήματα των νιφάδων χιονιού, των ακτών, των σύννεφων και των κοχυλιών.
Αλλά μεγεθύνετε, και θα δείτε fractals, που σημαίνει το ίδιο, απλό μοτίβο που επαναλαμβάνεται σε μικρότερες και μικρότερες κλίμακες.
Τώρα, οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι ένα απλό ανθρώπινο αντικείμενο, ένα λέιζερ, μπορεί επίσης να δημιουργήσει αυτά τα εκπληκτικά περίπλοκα μοτίβα - όπως είχε αρχικά προβλεφθεί πριν από δύο δεκαετίες. Ανέφεραν τα αποτελέσματά τους στις 25 Ιανουαρίου στο περιοδικό Physical Review Α.
Ένα λέιζερ μπορεί να θεωρηθεί ως ένα κιβώτιο που αποτελείται από δύο καθρέφτες, με ελαφριά σωματίδια ή φωτόνια που αναπηδούν μεταξύ των κατόπτρων, δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Andrew Forbes, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Witwatersrand στο Γιοχάνεσμπουργκ , Νότια Αφρική. Ωστόσο, ένας από τους καθρέφτες είναι καμπύλος έτσι ώστε κάποια από τα φωτόνια να αναπηδήσουν από μια γωνία και να ξεφύγουν παρά να χτυπήσουν ξανά τον άλλο καθρέφτη, είπε ο Forbes. Το φως λέιζερ που βλέπουμε αποτελείται από αυτά που διαφεύγουν από τα φωτόνια.
Οι επιστήμονες προέβλεπαν πριν από δεκαετίες ότι το φως που διαφεύγει από το λέιζερ θα μπορούσε θεωρητικά να παράγει ένα φράκταλ υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Αλλά αποδεικνύεται ότι δεν συμβαίνει αυτό.
Αντίθετα, "αυτό που έπρεπε να κάνουμε ήταν να κοιτάξουμε μέσα στο κουτί", δήλωσε ο Forbes Live Science.
Για να δημιουργήσουν το φράκταλ, χρησιμοποίησαν τους καμπύλους καθρέφτες του λέιζερ και τους έκαναν να κάνουν διπλή εργασία σαν ένα "τηλεσκόπιο". Σε αυτήν την περίπτωση, οι καθρέφτες ήταν καμπυλωμένοι με έναν ειδικό τρόπο που παραμορφούσε τα σχήματα σαν ένα καθρέφτη funhouse. "Τι κάνει ένα τηλεσκόπιο είτε κάνει μεγάλα πράγματα μικρά ή μικρά πράγματα μεγάλα", δήλωσε ο Forbes. Έτσι κάθε φορά που το φως περνάει μία φορά, το τηλεσκόπιο είτε το μεγεθύνει είτε το συρρικνώνει. Ως αποτέλεσμα, σε "ένα συγκεκριμένο μέρος, σχηματίζει αυτό το αστείο, αυτή η πραγματικά τρελή δομή" - "μια εικόνα μέσα σε μια εικόνα μέσα σε μια εικόνα", είπε. Με άλλα λόγια: ένα φράκταλ.
Οι ερευνητές δημιούργησαν πολλά διαφορετικά είδη fractals παίζοντας με την καμπυλότητα των καθρεπτών και με τον τρόπο αυτό αλλάζοντας τη μεγέθυνση.
Στη συνέχεια, έχτισαν ένα σύστημα απεικόνισης που κατέλαβε αυτά τα εσωτερικά fractals και τα έφερε έξω σε οθόνη. Το μοτίβο επαναλαμβάνεται μόνο μέχρι να φτάσετε στο μήκος κύματος του φωτός, ακριβώς όπως τα φράκταλ στη φύση επαναλαμβάνονται μόνο μέχρι να μεγεθυνθεί στο επίπεδο του ατόμου, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Johannes Courtial, ανώτερος καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης Σκωτία. (Στα μαθηματικά, όμως, τα fractals επαναλαμβάνουν απείρως, όπως συμβαίνει με το περίφημο σύνολο Mandelbrot.)
Μέχρι αυτό το σημείο, οι άνθρωποι πιθανόν να έβλεπαν το λάθος μέρος στο λέιζερ, είπε ο Courtial.
"Δεν φαινόταν αρκετά στο σωστό επίπεδο, οπότε δεν είναι το τέλειο πείραμα", δήλωσε ο Courtial Live Science. Τώρα που έχουν καταλάβει ότι μπορεί να γίνει, σε μετέπειτα πειράματα, "μπορούμε να κάνουμε πολύ καλύτερα".
Οι θεωρητικές προσομοιώσεις, υπό την καθοδήγηση του Courtial, πρότειναν ότι αυτό το μοτίβο δεν μπορεί να υπάρχει μόνο σε δύο διαστάσεις, αλλά και σε 3D. Αυτό σημαίνει ότι όταν κόβετε το μοτίβο του καμπυλωτού μοσχεύματος κάθετα στο επίπεδο που βρίσκεται, μπορεί να δείτε το ίδιο ακριβώς αυτο-όμοιο μοτίβο. Όταν αυτό εμφανίστηκε σε προσομοιώσεις του λέιζερ, "δεν περίμενα αυτό καθόλου", είπε ο Courtial. Αλλά οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη αποδείξει αυτό πειραματικά.
Η Courtial δήλωσε ότι διεξήγαγαν αυτά τα πειράματα "καθαρά εκτός ενδιαφέροντος" και ότι δεν υπάρχουν ακόμη πρακτικές εφαρμογές.
Αλλά γνωρίζοντας ότι τα φώτα λέιζερ μπορούν να δημιουργήσουν fractals θα μπορούσαν ενδεχομένως να οδηγήσουν σε κάποιο είδος μικροσκοπίου ή συστήματος απεικόνισης που θα μπορούσε να εξετάσει πολλαπλές διαστάσεις και όχι επιφάνεια ή απλά ένα στρώμα ενός αντικειμένου, δήλωσε ο Forbes Live Science. "Το φράκταλ φως φέρνει πολλή πολυπλοκότητα και έτσι κάποιος μπορεί να ονειρευτεί ότι ίσως τότε είναι ο τέλειος τύπος δέσμης για να διερευνήσει σύνθετη ύλη".
