A természet gyönyörű mintákkal teli, mint például a hópelyhek, partvidékek, felhők és kagylók látszólag összetett alakjai.
De közelítsen, és látni fogják a fraktálokat, amelyek ugyanazt az egyszerű mintát jelentik, ismételve kisebb és kisebb méretarányban.
A kutatók most azt találták, hogy egy egyszerű, ember által készített tárgy, a lézer szintén megteremti ezeket a lenyűgözően bonyolult mintákat - amint azt két évtizeddel ezelőtt először jósolták. Eredményeiket január 25-én jelentették be a Physical Review A folyóiratban.
A lézer úgy tekinthető, mint egy doboz, amely két tükrből áll, fényrészecskékkel vagy fotonokkal, amelyek a tükrök között oda-vissza ugrálnak - mondta Andrew Forbes, a tanulmány szerzője, a Witwatersrand Egyetem fizikai professzora, Johannesburg , Dél-Afrika. Az egyik tükr azonban meg van hajlítva úgy, hogy a fotonok egy része szögben lepattan és elmenekül, ahelyett, hogy újra a másik tükörbe ütközne - mondta Forbes. Az általunk látott lézerfény azokból a menekülő fotonokból áll.
A tudósok évtizedekkel ezelőtt azt jósolták, hogy a lézerből kiszabaduló fény elméletileg megfelelő körülmények között fraktált eredményezhet. De kiderül, hogy nem ez a helyzet.
Inkább: "amit tennünk kellett, hogy a dobozba nézzünk" - mondta Forbes a Live Science-nek.
A fraktál létrehozásához a lézer ívelt tükröit használták, és kétszer is elvégezték őket, mint egy "távcsövet". Ebben az esetben a tükröket speciálisan ívelték, amelyek eltorzították az alakzatokat, mint pl. "Amit a távcső tesz, az vagy a nagy dolgokat kicsivé teszi, vagy a kis dolgokat" - mondta Forbes. Tehát minden alkalommal, amikor a fény egyszer kigyullad, a távcsőrendszerük vagy nagyítja, vagy zsugorítja. Ennek eredményeként "egy adott helyen ez a vicces, igazán őrült struktúra" - "egy kép a képen belül egy képben" - mondta. Más szavakkal: fraktál.
A kutatók sokféle fraktált készítettek a tükrök görbületével játszva, és ezáltal megváltoztatva a nagyítást.
Ezután képalkotó rendszert építettek, amely rögzítette ezeket a belső fraktálokat, és kinyújtotta őket a képernyőhöz. A minta csak addig ismétlődik, amíg el nem éri a fény hullámhosszát, csakúgy, mint a természetben lévő fraktálok, csak addig, amíg az atom szintjére nem kerülnek - mondta Johannes Courtial, társszerző, a fizikai és csillagászati oktató a Glasgow-i Egyetemen Skócia. (A matematikában azonban a fraktálok végtelenül ismétlődnek, mint ahogyan a híres Mandelbrot-halmaz is.)
Addig, amíg az emberek valószínűleg rossz helyre nézték a lézert, mondta a Courtial.
"Nem egészen a megfelelő síkra néztünk, tehát ez nem a tökéletes kísérlet" - mondta a Courtial a Live Science-nek. Most, hogy rájöttek, hogy meg lehet csinálni, a későbbi kísérletekben "sokkal jobban tudunk csinálni".
A Courtial vezette elméleti szimulációk arra utaltak, hogy ez a minta nemcsak két dimenzióban létezik, hanem 3D-ben is. Ez azt jelenti, hogy ha átvágja a fraktálmintázatot merőlegesen a rajta lévő síkra, akkor valószínűleg ugyanazt a, önmagához hasonló mintát láthatja. Amikor ez megjelenik a lézer szimulációjában, "erre egyáltalán nem számítottam" - mondta Courtial. De a kutatóknak ezt még kísérletileg bizonyítaniuk kell.
A bíróságok szerint ezeket a kísérleteket "pusztán az érdeklődés alól" végezték el, és még nem léteznek gyakorlati alkalmazások.
De ha tudjuk, hogy a lézerfény fraktálokat hozhat létre, valószínűleg valamilyen mikroszkópot vagy képalkotó rendszert eredményezhet, amely a tárgy felületének vagy csak egy rétegének helyett több dimenzióra is képes lenni - mondta a Forbes a Live Science-nek. "A fraktálfény sok bonyolultságot hordoz, így álmodhatunk arról, hogy talán akkor ez a tökéletes fénysugár a komplex anyag érzékeléséhez."
