La naturaleza está llena de hermosos diseños, como las formas aparentemente complejas de los copos de nieve, las costas, las nubes y las conchas marinas.
Pero acerque y verá fractales, lo que significa el mismo patrón simple que se repite a escalas cada vez más pequeñas.
Ahora, los investigadores han descubierto que un simple objeto hecho por el hombre, un láser, también puede crear estos patrones increíblemente intrincados, como se predijo por primera vez hace dos décadas. Informaron sus resultados el 25 de enero en la revista Physical Review A.
Un láser puede considerarse como una caja compuesta por dos espejos, con partículas de luz o fotones, que se mueven de un lado a otro entre los espejos, dijo el autor del estudio Andrew Forbes, profesor de física en la Universidad de Witwatersrand, en Johannesburgo. , Sudáfrica. Sin embargo, uno de los espejos está curvado para que algunos de los fotones reboten en ángulo y escapen en lugar de golpear el otro espejo nuevamente, dijo Forbes. La luz láser que vemos está formada por esos fotones que escapan.
Los científicos predijeron hace décadas que la luz que escapa del láser podría producir teóricamente un fractal en las condiciones adecuadas. Pero resulta que ese no es el caso.
Más bien, "lo que teníamos que hacer era mirar dentro de la caja", dijo Forbes a Live Science.
Para crear el fractal, utilizaron los espejos curvos del láser y les hicieron hacer doble trabajo como una especie de "telescopio". En este caso, los espejos se curvaron de una manera especial que distorsionó las formas como un espejo funhouse. "Lo que hace un telescopio es hacer pequeñas cosas grandes o pequeñas cosas grandes", dijo Forbes. Por lo tanto, cada vez que la luz gira una vez, su sistema de telescopio lo magnifica o lo reduce. Como resultado, en "un lugar en particular, forma esta estructura divertida, realmente loca" - "una imagen dentro de una imagen dentro de una imagen", dijo. En otras palabras: un fractal.
Los investigadores crearon muchos tipos diferentes de fractales jugando con la curvatura de los espejos y cambiando así la ampliación.
Luego construyeron un sistema de imágenes que capturó estos fractales internos y los llevó afuera a una pantalla. El patrón se repite solo hasta que alcanza la longitud de onda de la luz, al igual que los fractales en la naturaleza se repiten solo hasta que se acerca al nivel del átomo, dijo el coautor Johannes Courtial, profesor titular de física y astronomía en la Universidad de Glasgow en Escocia. (Sin embargo, en matemáticas, los fractales se repiten infinitamente, como es el caso del famoso conjunto de Mandelbrot).
Hasta este punto, la gente probablemente estaba mirando el lugar equivocado en el láser, dijo Courtial.
"No vimos exactamente en el plano correcto, por lo que no es el experimento perfecto", dijo Courtial a Live Science. Ahora que han descubierto que se puede hacer, en experimentos posteriores, "podemos hacerlo mucho mejor".
Las simulaciones teóricas, dirigidas por Courtial, sugirieron que este patrón podría no solo existir en dos dimensiones, sino también en 3D. Eso significa que cuando corta el patrón fractal perpendicular al plano en el que se encuentra, es posible que vea exactamente el mismo patrón auto-similar. Cuando eso apareció en las simulaciones del láser, "no esperaba eso en absoluto", dijo Courtial. Pero los investigadores aún tienen que demostrar esto experimentalmente.
Courtial dijo que llevaron a cabo estos experimentos "por puro interés" y que todavía no hay aplicaciones prácticas.
Pero saber que las luces láser pueden crear fractales podría conducir a algún tipo de microscopio o sistema de imágenes que podría mirar múltiples dimensiones en lugar de la superficie o solo una capa de un objeto, dijo Forbes a Live Science. "La luz fractal conlleva mucha complejidad, por lo que uno puede soñar que tal vez sea el tipo de haz perfecto para sondear materia compleja".
