Природата е препълнена с красиви шарки, като привидно сложните форми на снежинки, брегови линии, облаци и миди.
Но увеличете и ще видите фрактали, което означава един и същ, прост шаблон, който се повтаря на по-малки и по-малки мащаби.
Сега изследователите са открили, че обикновен човешки обект, лазер, също може да създаде тези изумително сложни модели - както беше предвидено за първи път преди две десетилетия. Те отчитат резултатите си на 25 януари в списанието Physical Review A.
Лазерът може да се мисли като кутия, съставена от две огледала, със светлинни частици или фотони, подскачащи напред-назад между огледалата, заяви авторът на изследването Андрю Форбс, професор по физика в Университета на Уитватерсран, в Йоханесбург , Южна Африка. Едно от огледалата обаче е извито, така че някои от фотоните да отскочат под ъгъл и да избягат, а не отново да удрят другото огледало, каза Forbes. Лазерната светлина, която виждаме, е съставена от онези бягащи фотони.
Учените прогнозираха преди десетилетия, че светлината, изтичаща от лазера, теоретично може да произведе фрактал при правилните условия. Но се оказва, че това не е така.
По-скоро "това, което трябваше да направим, беше да погледнем вътре в кутията", каза Forbes пред Live Science.
За да създадат фрактала, те използвали извитите огледала на лазера и ги накарали да изпълняват двойно задължение като един вид „телескоп“. В този случай огледалата бяха извити по специален начин, които изкривяваха фигури като огледало на фурна. "Това, което телескопът прави, е или прави големите неща малки, или малките неща големи", каза Forbes. Затова всеки път, когато светлината обикаля веднъж, тяхната телескоп система или я увеличава, или я свива. В резултат на това на "едно конкретно място, той образува тази забавна, тази наистина луда структура" - "изображение в рамките на изображение в рамките на изображение", каза той. С други думи: фрактал.
Изследователите създадоха много различни видове фрактали, като си играеха със кривината на огледалата и по този начин промениха увеличението.
След това те изградиха система за изображения, която улавяше тези вътрешни фрактали и ги извеждаше навън на екран. Моделът се повтаря само докато достигнете дължината на вълната на светлината, точно както фракталите в природата се повтарят само докато не сте увеличени до нивото на атома, каза съавторът Йоханес Куртиал, старши преподавател по физика и астрономия в Университета в Глазгоу в Шотландия. (В математиката обаче фракталите се повтарят безкрайно, както е в случая с известния набор Манделброт.)
До този момент хората вероятно гледаха на грешното място в лазера, каза Курсиал.
"Не изглеждахме съвсем в правилната равнина, така че това не е перфектният експеримент", каза Курсиал пред Live Science. Сега, след като разбраха, че може да се направи в следващите експерименти, „можем да направим много по-добре“.
Теоретичните симулации, водени от Courtial, предполагат, че този модел може да съществува не само в две измерения, но и в 3D. Това означава, че когато прережете фракталния шаблон перпендикулярно на равнината, на която е, можете да видите точно същия, подобен на себе си модел. Когато това се появи в симулации на лазера, "изобщо не очаквах това", каза Курсиал. Но изследователите все още не трябва да докажат това експериментално.
Курсиал каза, че те провеждат тези експерименти "чисто от интерес" и че все още няма практически приложения.
Но знаейки, че лазерните светлини могат да създават фрактали, вероятно биха могли да доведат до някакъв вид микроскоп или система за изображения, които биха могли да разгледат множество размери, а не повърхността или само един слой от обект, Forbes каза пред Live Science. "Фракталната светлина носи много сложност и затова човек може да мечтае, че може би тогава е перфектният тип лъч за сондиране на сложна материя."
