Природа наповнюється красивими візерунками, як, здавалося б, складні форми сніжинок, узбережжя, хмари та черепашки.
Але збільште масштаб, і ви побачите фрактали, що означає той самий простий візерунок, який повторюється на менших і менших масштабах.
Тепер дослідники виявили, що простий створений людиною об'єкт, лазер, також може створити ці приголомшливо хитромудрі візерунки - як це було вперше передбачено два десятиліття тому. Вони повідомили про свої результати 25 січня у журналі Physical Review A.
Лазером можна вважати ящик, який складається з двох дзеркал, зі світлими частинками, або фотонами, що підстрибують між дзеркалами вперед і назад, - сказав автор дослідження Ендрю Форбс, професор фізики в Університеті Віттертерсранду в Йоганнесбурзі , Південна Африка. Однак одне з дзеркал вигнуте так, що деякі фотони відскакують під кутом і втечуть, а не вдаряють іншим дзеркалом знову, сказав Forbes. Лазерне світло, яке ми бачимо, складається з тих утікаючих фотонів.
Вчені передбачили десятиліття тому, що світло, що виходить з лазера, теоретично може створити фрактал при правильних умовах. Але виявляється, що це не так.
Швидше, "що ми повинні були зробити, це заглянути всередину коробки", Forbes сказав Live Science.
Щоб створити фрактал, вони використовували вигнуті дзеркала лазера і змушували їх виконувати подвійний обов'язок як своєрідний «телескоп». У цьому випадку дзеркала були вигнуті особливим чином, що спотворювали форми, як дзеркало веселого будинку. "Телескоп робить або великі речі дрібними, або дрібні речі великими", - сказав Forbes. Тому щоразу, коли світло обходить один раз, їх система телескопа або збільшує, або зменшує. Як результат, в "одному конкретному місці воно формує цю кумедну, цю справді божевільну структуру" - "образ всередині зображення в межах зображення", - сказав він. Іншими словами: фрактал.
Дослідники створили безліч різних видів фракталів, граючи з кривизною дзеркал і тим самим змінюючи збільшення.
Потім вони побудували систему візуалізації, яка захоплювала ці внутрішні фрактали і виводила їх назовні до екрану. Шаблон повторюється лише до тих пір, поки ви не досягнете довжини хвилі світла, подібно до того, як фрактали в природі повторюються лише до збільшення масштабу атома. Шотландія. (У математиці, однак, фрактали повторюються нескінченно, як це відбувається у відомому наборі Мандельброта.)
До цього моменту люди, ймовірно, дивилися на неправильне місце в лазері, сказав Куртуаль.
"Ми виглядали не зовсім у правильній площині, тому це не ідеальний експеримент", - сказав Куршаль в Live Science. Тепер, коли вони зрозуміли, що це можна зробити, в наступних експериментах "ми можемо зробити набагато краще".
Теоретичні симуляції під керівництвом Courtial припустили, що ця закономірність може існувати не лише у двох вимірах, а й у 3D. Це означає, що коли ви прорізаєте фрактальний візерунок, перпендикулярний до площини, на якій він знаходиться, ви зможете побачити точно такий же, самоподібний малюнок. Коли це виявилося в симуляції лазера, "я цього зовсім не очікував", - сказав Курціаль. Але дослідникам ще належить довести це експериментальним шляхом.
Куршаль сказав, що вони провели ці експерименти "виключно з інтересу" і що поки що немає практичних застосувань.
Але знаючи, що лазерні світильники можуть створювати фрактали, можливо, це може призвести до якогось мікроскопа чи системи візуалізації, яка могла б дивитися на кілька розмірів, а не на поверхню або лише на один шар об'єкта, Forbes розповів Live Science. "Фрактальне світло несе в собі багато складності, і тому можна мріяти, що, можливо, тоді ідеальний тип променя для зондування складної матерії".
