Naturen er fyldt med smukke mønstre, ligesom de tilsyneladende komplekse former for snefnug, kystlinjer, skyer og muslingeskaller.
Men zoom ind, og du vil se fraktaler, hvilket betyder det samme, enkle mønster, der gentages ved mindre og mindre skalaer.
Nu har forskere fundet, at et simpelt menneskeskabt objekt, en laser, også kan skabe disse forbløffende komplicerede mønstre - som først blev forudsagt for to årtier siden. De rapporterede deres resultater 25. januar i tidsskriftet Physical Review A.
En laser kan tænkes som en kasse, der består af to spejle, med lette partikler eller fotoner, der hopper frem og tilbage mellem spejle, sagde studieforfatter Andrew Forbes, professor i fysik ved University of the Witwatersrand, i Johannesburg , Sydafrika. Et af spejlerne er imidlertid krumme, så nogle af fotonerne spretter i en vinkel og slipper ud i stedet for at ramme det andet spejl igen, sagde Forbes. Det laserlys, vi ser, består af de flugtende fotoner.
Forskere forudsagde årtier siden, at lyset, der slipper ud fra laseren, teoretisk set kunne frembringe en fraktal under de rette forhold. Men det viser sig, at det ikke er tilfældet.
Snarere "hvad vi var nødt til at gøre var at kigge inde i boksen," fortalte Forbes til Live Science.
For at skabe fraktalen brugte de laserens buede spejle og fik dem til at gøre dobbeltarbejde som et slags "teleskop." I dette tilfælde blev spejlerne buet på en speciel måde, der forvrængede former som et funhouse-spejl. "Hvad et teleskop gør, er enten at gøre store ting til små eller små ting store," sagde Forbes. Så hver gang lyset går rundt én gang, forstørrer deres teleskopsystem det enten eller krymper det. Som et resultat danner det på "et bestemt sted denne sjove, denne virkelig skøre struktur" - "et billede i et billede inden for et billede," sagde han. Med andre ord: en fraktal.
Forskerne skabte mange forskellige slags fraktaler ved at lege med spejlingernes krumning og således ændre forstørrelsen.
De byggede derefter et billedbehandlingssystem, der fangede disse interne fraktaler og førte dem ud på en skærm. Mønsteret gentages kun, indtil du når lysets bølgelængde, ligesom fraktaler i naturen gentages kun, indtil det zoomes ind på atomens niveau, sagde medforfatter Johannes Courtial, en universitetslektor i fysik og astronomi ved University of Glasgow i Skotland. (I matematik gentages fraktaler imidlertid uendeligt, som det er tilfældet med det berømte Mandelbrotsæt.)
Indtil dette tidspunkt kiggede folk sandsynligvis på det forkerte sted i laseren, sagde Courtial.
"Vi så ikke helt i det rigtige plan, så det er ikke det perfekte eksperiment," sagde Courtial til Live Science. Nu når de har fundet ud af, at det kan gøres i efterfølgende eksperimenter, "kan vi gøre meget bedre."
De teoretiske simuleringer, ledet af Courtial, antydede, at dette mønster muligvis ikke kun findes i to dimensioner, men også i 3D. Det betyder, at når du skærer igennem det fraktale mønster vinkelret på det plan, det er på, kan du se det nøjagtige samme, selvlignende mønster. Da det dukkede op i simuleringer af laseren, "forventede jeg det slet ikke," sagde Courtial. Men forskerne har stadig ikke beviset dette eksperimentelt.
Courtial sagde, at de gennemførte disse eksperimenter "rent af interesse", og at der endnu ikke er nogen praktiske anvendelser.
Men at vide, at laserlys kan skabe fraktaler, kan muligvis føre til et slags mikroskop eller billeddannelsessystem, der kunne se på flere dimensioner snarere end overfladen eller blot et lag af et objekt, fortalte Forbes til Live Science. "Fraktalt lys bærer meget kompleksitet, og så kan man drømme, at det måske er den perfekte type bjælke til at undersøge kompleks stof."
