一見複雑な形の雪片、海岸線、雲、貝殻など、自然には美しい模様が溢れています。
しかし、ズームインするとフラクタルが表示されます。つまり、同じ単純なパターンが次第に小さくなります。
現在、研究者たちは、20年前に最初に予測されたように、単純な人工オブジェクトであるレーザーもこれらの驚くほど複雑なパターンを作成できることを発見しました。彼らは1月25日にジャーナルPhysical Review Aで結果を報告した。
ヨハネスブルグにあるウィットウォータースランド大学の物理学教授である研究著者であるアンドリューフォーブス氏は、レーザーは2つの鏡で構成され、軽い粒子、つまり光子が鏡の間を行き来するボックスと考えることができます。 、 南アフリカ。ただし、一方の鏡は湾曲しているため、一部の光子は斜めに跳ね返り、もう一方の鏡に再び当たるのではなく、逃げるようになっているとフォーブス氏は語った。私たちが見るレーザー光は、逃げる光子で構成されています。
科学者たちは数十年前に、レーザーから漏れる光が理論的には適切な条件下でフラクタルを生成できると予測していました。しかし、そうではないことがわかりました。
むしろ、「私たちがしなければならなかったことは箱の中を見ることでした」とフォーブスはLive Scienceに語った。
彼らはフラクタルを作成するために、レーザーの曲面鏡を使用し、一種の「望遠鏡」としての役割を果たしました。この場合、鏡はファンハウスの鏡のような形を歪める特別な方法で湾曲していました。 「望遠鏡でできることは、大きなものを小さくするか、小さなものを大きくすることだ」とフォーブス氏は語った。そのため、光が1周するたびに、望遠鏡システムによって光が拡大または縮小されます。その結果、「ある特定の場所で、これはこのおかしくて本当にクレイジーな構造を形成しています」-「画像内の画像内の画像」と彼は言った。つまり、フラクタルです。
研究者たちは、鏡の曲率を操作して倍率を変更することで、さまざまな種類のフラクタルを作成しました。
次に、これらの内部フラクタルをキャプチャし、外部の画面に表示するイメージングシステムを構築しました。自然のフラクタルが原子のレベルにズームインするまでしか繰り返されないのと同じように、パターンは光の波長に達するまでしか繰り返されない、とグラスゴー大学の物理学と天文学の上級講師である共著者のヨハネスコートリアルは言ったスコットランド。 （しかし、数学では、有名なマンデルブロ集合の場合と同様に、フラクタルは無限に繰り返されます。）
この時点まで、人々はおそらくレーザーの間違った場所を見ていました、とCourcialは言いました。
「私たちは正しい面をよく見ていなかったので、それは完璧な実験ではありませんでした」とCourcialはLive Scienceに語った。彼らはそれが可能であることを理解したので、その後の実験で、「私たちははるかにうまくやることができます」。
Courtialが率いる理論的シミュレーションは、このパターンが2次元だけでなく3Dにも存在する可能性があることを示唆しています。つまり、平面に垂直なフラクタルパターンを切り取ると、まったく同じ自己相似パターンが表示される可能性があります。レーザーのシミュレーションでそれが明らかになったとき、「それはまったく期待していなかった」とコートル氏は語った。しかし、研究者たちはまだこれを実験的に証明する必要があります。
Courtial氏は、これらの実験は「純粋に興味の対象外」であり、まだ実用的なアプリケーションはまだない、と語った。
しかし、フォーブスはLive Scienceに、レーザー光がフラクタルを作成できることを知っていると、表面やオブジェクトの1つの層ではなく、多次元を見ることができるある種の顕微鏡または画像システムにつながる可能性があると語った。 「フラクタル光は多くの複雑さを伴うので、おそらくそれが複雑な物質を探査するための完璧なタイプのビームであることを夢見ることができます。」
