الطبيعة مليئة بأنماط جميلة ، مثل الأشكال المعقدة على ما يبدو للثلج والخطوط الساحلية والسحب والأصداف البحرية.
لكن تكبير ، وسترى كسور ، وهذا يعني نفس النمط ، بسيط يتكرر في المقاييس الأصغر والأصغر.
الآن ، وجد الباحثون أن جسمًا بسيطًا من صنع الإنسان ، وهو الليزر ، يمكنه أيضًا إنشاء هذه الأنماط المعقدة بشكل مذهل - كما كان متوقعًا لأول مرة منذ عقدين من الزمن. أبلغوا عن نتائجهم في 25 يناير في مجلة Physical Review A.
قال مؤلف الدراسة أندرو فوربس ، أستاذ الفيزياء في جامعة ويتواترسراند في جوهانسبرغ ، إن الليزر يمكن اعتباره صندوقًا يتكون من مرآتين ، مع جزيئات ضوئية أو فوتونات ، يرتد ذهابًا وإيابًا بين المرايا. ، جنوب أفريقيا. ومع ذلك ، فإن إحدى المرايا منحنية بحيث ترتد بعض الفوتونات بزاوية وتهرب بدلاً من ضرب المرآة الأخرى مرة أخرى ، على حد قول فوربس. يتكون ضوء الليزر الذي نراه من الفوتونات الهاربة.
توقع العلماء قبل عقود أن الضوء المنبعث من الليزر يمكن أن ينتج نظريًا كسورًا تحت الظروف المناسبة. ولكن اتضح أن الأمر ليس كذلك.
وبدلاً من ذلك ، قال فوربس لـ Live Science: "ما كان علينا فعله هو أن ننظر داخل العلبة".
استخدموا المرايا المنحنية لليزر في صنع الفركتل وجعلوا يقومون بوظيفة مزدوجة كنوع من "التلسكوب". في هذه الحالة ، كانت المرايا منحنية بطريقة خاصة تشوه الأشكال مثل مرآة المرح. قال فوربس: "ما يفعله التلسكوب هو إما أن يجعل الأشياء الكبيرة صغيرة أو أشياء صغيرة كبيرة". لذلك في كل مرة يدور فيها الضوء مرة واحدة ، يقوم نظام التلسكوب الخاص بهم إما بتكبيره أو تقليصه. ونتيجة لذلك ، في "مكان واحد معين ، يشكل هذا المضحك ، هذا الهيكل المجنون حقا" - "صورة داخل صورة داخل صورة ،" قال. وبعبارة أخرى: كسورية.
ابتكر الباحثون العديد من أنواع الفركتلات المختلفة من خلال اللعب بانحناء المرايا وبالتالي تغيير التكبير.
ثم قاموا ببناء نظام تصوير يلتقط هذه الصور النمطي هندسيًا داخليًا ويخرجهم إلى الشاشة. قال المؤلف المشارك يوهانس كورتيال ، المحاضر الأول في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة جلاسكو في اسكتلندا. (في الرياضيات ، مع ذلك ، تتكرر الكسيريات بلا حدود ، كما هو الحال مع مجموعة ماندلبروت الشهيرة).
وقالت كورتالي إن الناس ربما كانوا حتى هذه اللحظة ينظرون إلى المكان الخطأ في الليزر.
قال كورتيال لـ Live Science: "لم نكن ننظر إلى المستوى المناسب تمامًا ، لذا فهي ليست التجربة المثالية". الآن بعد أن اكتشفوا أنه يمكن القيام بذلك ، في التجارب اللاحقة ، "يمكننا أن نفعل أفضل بكثير."
اقترحت المحاكاة النظرية ، بقيادة Courtial ، أن هذا النمط قد لا يوجد فقط في بعدين ، ولكن أيضًا في 3D. هذا يعني أنه عندما تقطع نمط الفراكتل متعامدًا على المستوى الذي تعمل فيه ، قد ترى نفس النمط المشابه للذات. قالت كورتيال إنه عندما ظهر ذلك في محاكاة الليزر ، "لم أتوقع ذلك على الإطلاق". لكن الباحثين لم يثبتوا ذلك بعد تجريبيا.
وقال كورتيال إنهم أجروا هذه التجارب "بدافع الاهتمام البحت" وأنه لا توجد تطبيقات عملية حتى الآن.
لكن معرفة فوربس أن أضواء الليزر يمكن أن تخلق كسورًا قد تؤدي إلى نوع من المجهر أو نظام التصوير الذي يمكن أن ينظر في أبعاد متعددة بدلاً من السطح أو طبقة واحدة فقط من الجسم ، كما قال فوربس لـ Live Science. "يحمل الضوء الفراكتالي الكثير من التعقيد ، وبالتالي يمكن للمرء أن يحلم أنه ربما يكون النوع المثالي من الشعاع لاستكشاف المادة المعقدة."
