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华丽的分形图案,通常只在自然界中发现,用激光重新创造

这个分形图案是用激光创建的。(©Wits大学)

自然充满了美丽的图案,像看似复杂的雪花、海岸线、云和贝壳。

但放大后,你会看到分形,这意味着同样的简单图案在越来越小的尺度上重复。

现在,研究人员发现,一个简单的人造物体,一个激光,也可以创造出这些惊人的复杂图案-正如20年前第一次预测的那样。他们于1月25日在《物理评论》(Physical Review A.

)杂志上发表了他们的研究结果,研究报告的作者、约翰内斯堡威特沃特斯兰大学(University of the Witwatersrand)的物理学教授安德鲁福布斯(Andrew Forbes)说,激光可以被认为是一个由两个反射镜组成的盒子,反射镜之间来回反射着光粒子或光子,南非。不过,福布斯说,其中一个反射镜是弯曲的,因此一些光子以一定角度反弹,然后逃逸,而不是再次撞击另一个反射镜。我们看到的激光是由逃逸的光子组成的。[惊人的图像:自然界的心脏形状]

科学家几十年前预测,从激光中逃逸出来的光理论上可以在正确的条件下产生分形。但事实并非如此。

相反,“我们要做的是看盒子里的东西,”福布斯告诉《生活科学》。

创造了分形,他们使用激光的弯曲反射镜,让它们作为一种“望远镜”来完成双重任务。在这种情况下,反射镜以一种特殊的方式弯曲,扭曲的形状像一个游乐场的镜子。”福布斯说:“望远镜的作用是要么把大事变小,要么把小事变大。”。所以每次光线转一圈,他们的望远镜系统要么放大,要么缩小。结果,在“一个特定的地方(激光内部),它形成了这个有趣的,非常疯狂的结构”——“一个图像中的一个图像”,他说。换句话说:分形。

研究人员通过玩弄反射镜的曲率从而改变放大倍数,创造了许多不同的分形。

通过以不同的方式弯曲激光内的反射镜,研究人员能够创造出各种分形图案。(Wits大学)

他们随后建立了一个成像系统,捕捉这些内部分形并将它们带到屏幕外面。该模式只会重复直到你达到光的波长,就像自然界中的分形只会重复直到放大到原子的水平,合著者、苏格兰格拉斯哥大学物理学和天文学高级讲师约翰内斯·考蒂亚尔说。(然而,在数学中,分形是无限重复的,就像著名的曼德尔布罗特集一样。)

直到现在,人们可能在激光中看错了地方,法院说。

“我们看起来也不太在正确的平面上,所以这不是一个完美的实验,”法院告诉《生活科学》。现在他们已经得出结论,在随后的实验中,“我们可以做得更好”,“KDSPE”“KDSPs”,由Courtial领导的理论模拟表明,这种模式不仅可以存在于二维,而且可以在3D中存在。这意味着,当你切割垂直于其上的平面的分形图案时,你可能会看到完全相同的,自相似的模式。科蒂亚尔说,当激光的模拟结果显示这一点时,“我根本没想到”。但是研究人员还没有通过实验证明这一点。

法庭说他们进行这些实验“纯粹是出于兴趣”,目前还没有实际的应用。

但是知道激光可以产生分形可能会导致某种显微镜或成像系统可以福布斯告诉《生活科学》(Live Science)杂志说,多维度而不是物体表面或只是物体的一层。”分形光具有许多复杂性,所以人们可以梦想它可能是完美的类型。

焰火是如何形成形状的?照片:在玻璃下定义宇宙性质的大量数字:维多利亚显微镜幻灯片库

最初发表在《生命科学》杂志上

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