Naturen er full av vakre mønstre, som de tilsynelatende sammensatte formene for snøfnugg, kystlinjer, skyer og skjell.
Men zoome inn, så vil du se fraktaler, som betyr det samme, enkle mønsteret som gjentas i mindre og mindre skalaer.
Nå har forskere funnet ut at en enkel menneskeskapt gjenstand, en laser, også kan skape disse forbløffende intrikate mønstrene - som først ble forutsagt for to tiår siden. De rapporterte om resultatene 25. januar i tidsskriftet Physical Review A.
En laser kan tenkes som en boks som består av to speil, med lette partikler, eller fotoner, som spretter frem og tilbake mellom speilene, sier studieforfatter Andrew Forbes, professor i fysikk ved University of the Witwatersrand, i Johannesburg , Sør-Afrika. Imidlertid er et av speilene buet slik at noen av fotonene spretter i vinkel og slipper ut i stedet for å treffe det andre speilet igjen, sa Forbes. Laserlyset vi ser består av de rømmende fotonene.
Forskere spådde for flere tiår siden at lyset som rømmer fra laseren teoretisk sett kunne produsere en fraktal under de rette forhold. Men det viser seg at det ikke er tilfelle.
Snarere, "det vi måtte gjøre var å se inni boksen," fortalte Forbes til Live Science.
For å lage fraktalen, brukte de laserens buede speil og fikk dem til å gjøre dobbeltarbeid som et slags "teleskop." I dette tilfellet ble speilene buet på en spesiell måte som forvrengte former som et funhouse-speil. "Hva et teleskop gjør, er enten å gjøre store ting til små eller små ting store," sa Forbes. Så hver gang lyset går rundt en gang, forsterker teleskopsystemet det enten eller krymper det. Som et resultat, på "ett bestemt sted, danner det denne morsomme, denne virkelig sprø strukturen" - "et bilde i et bilde i et bilde," sa han. Med andre ord: en fraktal.
Forskerne skapte mange forskjellige typer fraktaler ved å leke med speilens krumning og dermed endre forstørrelsen.
De bygde deretter et bildesystem som fanget disse interne fraktalene og førte dem utenfor til en skjerm. Mønsteret gjentas bare til du når bølgelengden til lyset, akkurat som fraktaler i naturen, gjentar bare til det er zoomet inn til atomnivået, sa medforfatter Johannes Courtial, universitetslektor i fysikk og astronomi ved University of Glasgow i Skottland. (I matematikk gjentar fraktaler imidlertid uendelig, som tilfellet er med det berømte Mandelbrot-settet.)
Frem til dette tidspunktet så folk sannsynligvis på feil sted i laseren, sa Courtial.
"Vi så ikke helt i det rette flyet, så det er ikke det perfekte eksperimentet," sa Courtial til Live Science. Nå som de har funnet ut at det kan gjøres, i påfølgende eksperimenter, "kan vi gjøre mye bedre."
De teoretiske simuleringene, ledet av Courtial, antydet at dette mønsteret kanskje ikke bare eksisterer i to dimensjoner, men også i 3D. Det betyr at når du skjærer gjennom fraktalmønsteret vinkelrett på planet det er på, kan du se nøyaktig det samme, selvlignende mønsteret. Når det dukket opp i simuleringer av laseren, "forventet jeg ikke det i det hele tatt," sa Courtial. Men forskerne har ennå ikke til å bevise dette eksperimentelt.
Courtial sa at de gjennomførte disse eksperimentene "rent av interesse", og at det ikke er noen praktiske anvendelser per dags dato.
Men å vite at laserlys kan skape fraktaler kan muligens føre til et slags mikroskop eller bildesystem som kan se på flere dimensjoner i stedet for overflaten eller bare ett lag av et objekt, fortalte Forbes til Live Science. "Fraktivt lys bærer mye kompleksitet, og slik kan man drømme at det kanskje er den perfekte typen bjelke for å undersøke kompleks materie."
