Peter Tucker
0 
4495
665
De natuur zit vol met prachtige patronen, zoals de ogenschijnlijk complexe vormen van sneeuwvlokken, kustlijnen, wolken en schelpen.
Maar als je inzoomt, zie je fractals, wat hetzelfde eenvoudige patroon betekent dat zich op kleinere en kleinere schaal herhaalt.
Nu hebben onderzoekers ontdekt dat een eenvoudig door mensen gemaakt object, een laser, ook deze verbluffend ingewikkelde patronen kan creëren - zoals voor het eerst werd voorspeld twee decennia geleden. Ze rapporteerden hun resultaten op 25 januari in het tijdschrift Physical Review A.
Een laser kan worden gezien als een doos die bestaat uit twee spiegels, met lichtdeeltjes of fotonen, die heen en weer kaatsen tussen de spiegels, zei studie auteur Andrew Forbes, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van de Witwatersrand, in Johannesburg. , Zuid-Afrika. Een van de spiegels is echter gebogen, zodat sommige fotonen schuin afketsen en ontsnappen in plaats van de andere spiegel opnieuw te raken, zei Forbes. Het laserlicht dat we zien, bestaat uit die ontsnappende fotonen. [Fantastische afbeeldingen: hartvormen in de natuur]
Wetenschappers voorspelden decennia geleden dat het licht dat uit de laser ontsnapt, in theorie onder de juiste omstandigheden een fractal zou kunnen produceren. Maar dat blijkt niet het geval te zijn.
In plaats daarvan "wat we moesten doen, was in de doos kijken", vertelde Forbes .
Om de fractal te maken, gebruikten ze de gebogen spiegels van de laser en lieten ze dubbel dienst doen als een soort 'telescoop'. In dit geval waren de spiegels op een speciale manier gebogen waardoor de vormen vervormden als een spiegel van een funhouse. "Wat een telescoop doet, is [hij] maakt grote dingen klein of kleine dingen groot", zei Forbes. Dus elke keer dat het licht een keer rondgaat, vergroot of verkleint hun telescoopsysteem het. Het resultaat is dat het op "een bepaalde plaats [in de laser] deze grappige, echt gekke structuur" vormt - "een afbeelding binnen een afbeelding binnen een afbeelding", zei hij. Met andere woorden: een fractal.
De onderzoekers creëerden veel verschillende soorten fractals door te spelen met de kromming van de spiegels en zo de vergroting te veranderen.
Ze bouwden vervolgens een beeldvormingssysteem dat deze interne fractals vastlegde en ze naar een scherm bracht. Het patroon herhaalt zich alleen totdat je de golflengte van het licht bereikt, net zoals fractals in de natuur zich alleen herhalen totdat je inzoomt op het niveau van het atoom, zei co-auteur Johannes Courtial, een senior docent natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Glasgow in Schotland. (In de wiskunde herhalen fractals zich echter oneindig, zoals het geval is bij de beroemde Mandelbrot-set.)
Tot nu toe keken mensen waarschijnlijk naar de verkeerde plaats in de laser, zei Courtial.
"We keken ook niet helemaal in het juiste vlak [ook], dus het is niet het perfecte experiment", vertelde Courtial. Nu ze erachter zijn gekomen dat het kan worden gedaan, kunnen we in volgende experimenten "veel beter doen".
De theoretische simulaties, geleid door Courtial, suggereerden dat dit patroon niet alleen in twee dimensies bestaat, maar ook in 3D. Dat betekent dat wanneer je door het fractale patroon loodrecht op het vlak waarop het staat, doorsnijdt, je misschien exact hetzelfde, op zichzelf lijkende patroon ziet. Toen dat opdook in simulaties van de laser, "had ik dat helemaal niet verwacht", zei Courtial. Maar de onderzoekers moeten dit experimenteel nog bewijzen.
Courtial zei dat ze deze experimenten "puur uit interesse" hebben uitgevoerd en dat er nog geen praktische toepassingen zijn.
Maar wetende dat laserlichten fractals kunnen maken, zou mogelijk kunnen leiden tot een soort microscoop of beeldvormingssysteem dat naar meerdere dimensies zou kunnen kijken in plaats van naar het oppervlak of slechts één laag van een object, vertelde Forbes. "Fractaal licht brengt veel complexiteit met zich mee, en dus kan men dromen dat het misschien dan het perfecte type straal is om complexe materie te onderzoeken."
- Hoe maakt vuurwerk vormen??
- Foto's: grote cijfers die het universum bepalen
- Nature Under Glass: Gallery of Victorian Microscope Slides
Oorspronkelijk gepubliceerd op .