Daba aizraujas ar skaistiem modeļiem, piemēram, sniegpārslu, piekrastes, mākoņu un jūras gliemežu šķietami sarežģītajām formām.
Bet pietuviniet, un jūs redzēsit fraktāļus, kas nozīmē to pašu, vienkāršo modeli, kas atkārtojas mazākos un mazākos mērogos.
Tagad pētnieki ir atklājuši, ka arī vienkāršs cilvēka veidots objekts - lāzers - var radīt šos satriecoši sarežģītos modeļus - kā tas pirmo reizi tika prognozēts pirms divām desmitgadēm. Par saviem rezultātiem viņi ziņoja 25. janvārī žurnālā Physical Review A.
Lāzeru var uzskatīt par lodziņu, kas sastāv no diviem spoguļiem ar gaismas daļiņām vai fotoniem, kas pa priekšu un atpakaļ virzās pa spoguļiem, sacīja pētījuma autors Endrjū Forbess, Vitvidsrandas universitātes fizikas profesors Johanesburgā , Dienvidāfrika. Tomēr viens no spoguļiem ir izliekts tā, ka daži fotoni atlec leņķī un aizbēg, nevis atkal sit pa otru spoguli, sacīja Forbes. Lāzera gaismu, ko mēs redzam, veido tie bēgošie fotoni.
Zinātnieki pirms gadu desmitiem prognozēja, ka gaisma, kas izplūst no lāzera, teorētiski var radīt fraktāļu pareizajos apstākļos. Bet izrādās, ka tas tā nav.
Drīzāk "tas, kas mums bija jādara, bija meklēt kastē," Forbes stāstīja Live Science.
Lai izveidotu fraktālu, viņi izmantoja lāzera izliektos spoguļus un lika viņiem veikt dubultu slodzi kā sava veida "teleskopu". Šajā gadījumā spoguļi tika izliekti īpašā veidā, kas izkropļoja formas, piemēram, izklaides mājas spoguli. "Tas, ko dara teleskops, vai nu padara lielas lietas par mazām, vai arī par mazām," saka Forbes. Tāpēc katru reizi, kad gaisma apiet vienreiz, viņu teleskopu sistēma to vai nu palielina, vai samazina. Tā rezultātā "vienā konkrētā vietā tas veido šo smieklīgo, šo patiešām trako struktūru" - "attēlu attēlā attēla ietvaros", viņš teica. Citiem vārdiem sakot: fraktālis.
Pētnieki izveidoja daudz dažādu veidu fraktāļu, spēlējoties ar spoguļu izliekumu un tādējādi mainot palielinājumu.
Pēc tam viņi uzbūvēja attēlveidošanas sistēmu, kas uztvēra šos iekšējos fraktāļus un atveda tos ārpus ekrāna. Raksts atkārtojas tikai līdz brīdim, kad sasniedzat gaismas viļņa garumu, tāpat kā fraktāļi dabā atkārtojas tikai līdz tuvinājumam atoma līmenim, sacīja līdzautors Johannes Courtial, vecākais fizikas un astronomijas pasniedzējs Glāzgovas Universitātē Skotija. (Tomēr matemātikā fraktāļi atkārtojas bezgalīgi, kā tas notiek slavenajā Mandelbrota komplektā.)
Līdz šim brīdim cilvēki, iespējams, skatījās uz lāzera nepareizo vietu, sacīja Courtial.
"Mēs neizskatījāmies gluži pareizā plaknē, tāpēc tas nav ideāls eksperiments," Courtial stāstīja Live Science. Tagad, kad viņi ir sapratuši, ka to var izdarīt, turpmākajos eksperimentos "mēs varam darīt daudz labāk".
Teorētiskās simulācijas, kuras vadīja Courtial, liecināja, ka šis modelis varētu pastāvēt ne tikai divās dimensijās, bet arī 3D formātā. Tas nozīmē, ka, izgriežot frakta modeli perpendikulāri plaknei, kurā tā atrodas, jūs varētu redzēt tieši tādu pašu, sev līdzīgu modeli. Kad tas parādījās lāzera simulācijās, "es to nemaz negaidīju," sacīja Courtial. Bet pētniekiem tas vēl ir jāpierāda eksperimentāli.
Tiesa sacīja, ka viņi veica šos eksperimentus "tikai no interesēm" un ka pagaidām praktisku pielietojumu nav.
Bet, zinot, ka lāzera gaismas var radīt fraktāļus, iespējams, radīsies kaut kāds mikroskops vai attēlveidošanas sistēma, kas varētu aplūkot vairākas dimensijas, nevis objekta virsmu vai tikai vienu slāni, Forbes stāstīja Live Science. "Fraktāļu gaismai ir daudz sarežģītības, un tāpēc var sapņot, ka varbūt tas ir tad ideāls staru tips, lai pārbaudītu sarežģīto lietu."
