Příroda je plná krásných vzorů, jako jsou zdánlivě složité tvary sněhových vloček, pobřeží, mraků a mušlí.
Přibližte se a uvidíte fraktály, což znamená stejný a jednoduchý vzor opakující se v menších i menších měřítcích.
Nyní vědci zjistili, že jednoduchý lidský objekt, laser, může také vytvořit tyto úžasně složité vzory - jak bylo poprvé předpovězeno před dvěma desetiletími. Výsledky zveřejnili 25. ledna v časopise Physical Review A.
Laser lze považovat za krabici, která se skládá ze dvou zrcadel se světelnými částicemi nebo fotony, které se odrážejí tam a zpět mezi zrcadly, uvedl autor studie Andrew Forbes, profesor fyziky na University of Witwatersrand v Johannesburgu , Jižní Afrika. Jedno ze zrcadel je však zakřivené, takže některé fotony se odrazí pod úhlem a unikají, než aby znovu zasáhly druhé zrcadlo, řekl Forbes. Laserové světlo, které vidíme, je tvořeno těmi unikajícími fotony.
Vědci před desetiletími předpovídali, že světlo unikající z laseru by teoreticky mohlo produkovat fraktál za správných podmínek. Ale ukázalo se, že tomu tak není.
„Museli jsme se podívat do krabičky,“ řekl Forbes Live Science.
Aby vytvořili fraktál, použili zakřivená zrcadla laseru a nechali je plnit dvojí povinnost jako jakýsi „dalekohled“. V tomto případě byla zrcadla zakřivena zvláštním způsobem, který zdeformoval tvary jako zrcadlo funhouse. „Dalekohled dělá velké věci malými i malými,“ řekl Forbes. Takže pokaždé, když světlo jednou zhasne, jejich dalekohledový systém jej buď zvětší, nebo zmenší. Výsledkem je, že „na jednom konkrétním místě tvoří tuto legrační, tuto opravdu šílenou strukturu“ - „obraz v obraze v obraze,“ řekl. Jinými slovy: fraktál.
Vědci vytvořili mnoho různých druhů fraktálů hraním se zakřivením zrcadel a změnou zvětšení.
Pak postavili zobrazovací systém, který zachytil tyto vnitřní fraktály a přivedl je ven na obrazovku. Vzor se opakuje, dokud nedosáhnete vlnové délky světla, stejně jako se fraktály v přírodě opakují, dokud se nepřiblíží na úroveň atomu, uvedl spoluautor Johannes Courtial, vedoucí lektor fyziky a astronomie na University of Glasgow in Skotsko. (V matematice se však fraktály opakují nekonečně, jako je tomu v případě slavné sady Mandelbrot.)
Až do tohoto okamžiku se lidé pravděpodobně dívali na nesprávné místo v laseru, řekl Courtial.
„Nevypadali jsme úplně ve správné rovině, takže to není dokonalý experiment,“ řekl Courtial Live Science. Nyní, když zjistili, že to lze udělat, v následných experimentech, „můžeme udělat mnohem lépe.“
Teoretické simulace vedené Soudním dvorem naznačovaly, že tento vzorec nemusí existovat pouze ve dvou rozměrech, ale také ve 3D. To znamená, že když proříznete fraktálním vzorem kolmým na rovinu, na které se nachází, můžete vidět přesně stejný, podobný vzor. Když se to ukázalo v simulacích laseru, „nečekal jsem to vůbec,“ řekl Courtial. Ale vědci to ještě musí experimentálně dokázat.
Soudní dvůr uvedl, že tyto experimenty provedl „čistě ze zájmu“ a že zatím neexistují žádné praktické aplikace.
Ale s vědomím, že laserová světla mohou vytvářet fraktály, by možná mohla vést k jakémukoli mikroskopu nebo zobrazovacímu systému, který by se mohl dívat na více dimenzí spíše než na povrch nebo jen na jednu vrstvu objektu, řekl Forbes Live Science. "Fraktální světlo nese spoustu složitosti, a tak si člověk může snít, že je to snad ten správný typ paprsku, který zkoumá složitou záležitost."
