|
Το φως μπορεί να μην έχει πολύ ενδιαφέρον στην καθημερινή ζωή μας.
Αλλά στους επιστήμονες, οι ιδιότητες του φωτός είναι μια σταθερή πηγή
αλλόκοτων φαινομένων. Η φύση του φωτός και ως κύμα και ως σωματίδιο, η ταχύτητα του φωτός ως
καθολικό όριο ταχύτητας, και ο τρόπος που το φως αλληλεπιδρά με τα
μαγνητικά πεδία στην ατμόσφαιρα για να σχηματίσει τα σέλη είναι ακριβώς
μερικά παραδείγματα της συναρπαστικής συμπεριφοράς του φωτός.
 Το
μοντέλο της δομής της δίνης στο διάστικτο λέιζερ. Οι ανοικτές γραμμές της δίνης
είναι σε κόκκινο χρώμα, ενώ οι κλειστοί βρόχοι της δίνης είναι στο λευκό.
Πρόσφατα, ερευνητές από το πανεπιστήμιο της Γλασκώβης και το
πανεπιστήμιο του Μπρίστολ έχουν ανακαλύψει μια άλλη ασυνήθιστη
ιδιότητα του φωτός - ή, ακριβέστερα, σκοτάδι μέσα στο φως. Όπως
εξηγούν οι
ερευνητές, χώροι από φυσικό φως διαπερνούνται από
γραμμές σκοτεινές, οι οποίες δημιουργούν οπτικές δίνες που
εμφανίζονται σαν μαύρα σημεία μέσα στο φως.
Η ομάδα έχει κάνει το μοντέλο αυτού
του φαινομένου, και έχει διαπιστώσει ότι οι σκοτεινές γραμμές αναπτύσσουν
ιδιότητες φράκταλ με χαρακτηριστικά Brown (δηλαδή τυχαία σαν την κίνηση
Brown). Ακόμα,
τα χαρακτηριστικά αυτών των οπτικών δινών προτείνουν καθολικές
ιδιότητες, οι οποίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν ώστε να συνδεθούν
διαφορετικοί τομείς της φυσικής.
Πολλοί άνθρωποι έχουν παρατηρήσει το φαινόμενο του διάστικτου λέιζερ, το
οποίο εμφανίζεται όταν σύμφωνο, μονοχρωματικό φως λέιζερ αναπηδά πάνω από μια
τραχιά επιφάνεια, δίνοντας στην επιφάνεια μια διάστικτη εμφάνιση. Οι μαύρες
κηλίδες είναι σχέδια συμβολής που παράγονται από μία υπέρθεση
ιδιαίτερα σύμφωνων φωτεινών κυμάτων που ανακλώνται από διαφορετικά
σημεία στην τραχιά επιφάνεια. Μερικές φορές το διάστικτο σχέδιο μπορεί
ακόμη και να εμφανιστεί να λαμπιρίζει όταν κινείται ο θεατής σχετικά με
την επιφάνεια.
Σε ένα πρόσφατο τεύχος του Physical Review Letters, οι βρετανοί
ερευνητές περιγράφουν πώς ανέπτυξαν ένα μοντέλο των υπερθέσεων που
δημιουργούν τις σκοτεινές οπτικές δίνες, χρησιμοποιώντας αριθμητικές
προσομοιώσεις και πειράματα. Στα πειράματά τους, δημιούργησαν ένα
στίγμα λέιζερ με μια ακτίνα λέιζερ νέου ηλίου διαμέτρου 10 χιλ που λάμπει
μέσω μιας οθόνης φτιαγμένης από γυαλί.
Μετρώντας τις υπερθέσεις με ένα συμβολόμετρο, οι φυσικοί
θα μπορούσαν να παραγάγουν έναν τρισδιάστατο χάρτη της δομής των οπτικών
δινών. Έτσι βρήκαν δύο τύπους δινών. Την δίνη άπειρων γραμμών, που αποτελούν
περίπου το 73% των σκοτεινών δινών, που διεισδύουν εξ ολοκλήρου μέσω της
φωτεινής
ακτίνας. Το υπόλοιπο 27% των δινών σχηματίζουν βρόχους, που
εμφανίζονται όταν μια γραμμή δίνης επιστρέφει στην αφετηρία της μέσα σε
μια αρκετά μικρή περιοχή.
Όταν έκαναν έρευνες οι ερευνητές
διαπίστωσαν ότι οι σκοτεινές γραμμές παρουσίαζαν μια σταθερότητα σε
οποιαδήποτε κλίμακα κι αν τα βλέπαμε. Με άλλα λόγια, οι δίνες
είναι fractals. Ο
επικεφαλής συντάκτης της έρευνας Kevin O'Holleran του πανεπιστημίου της Γλασκώβης
ανέφερε
ότι, ενώ αυτός και οι συνάδελφοί του υποψιάστηκαν ότι ήταν fractal,
έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι
η ιδιότητα αυτή ήταν τυχαίας μορφής με χαρακτηριστικά Brown.
Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι αυτές οι ιδιότητες
των οπτικών δινών (το κλάσμα των γραμμικών δινών ως προς των βρόχων και τη
σταθερότητα της κλίμακάς τους) είναι πολύ παρόμοιες με τις ιδιότητες των
κοσμικών χορδών, σύμφωνα με το μοντέλο του πλέγματος της κοσμικής χορδής. Το
μοντέλο αυτό περιγράφει τη διαμόρφωση των κοσμικών χορδών στον πρώιμο Κόσμο
- οι πολύ λεπτές αλλά πολύ πυκνές μονοδιάστατες ατέλειες του χωροχρόνου, που θα
μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό των γαλαξιών.
Οι ερευνητές δεν νομίζουν ότι αυτή η ομοιότητα είναι πιθανό να είναι
συμπτωματική. Προτείνουν ότι αυτές οι ιδιότητες θα μπορούσαν να είναι
καθολικές για όλα τα οπτικά πεδία, και προγραμματίζουν να
ερευνήσουν κι άλλο αυτή την ομοιότητα.
"Η πιο μεγάλη σημασία αυτής της μελέτης είναι η σύνδεση με άλλα πεδία
στη φυσική," πιστεύει ο O'Holleran. "Οι καθολικές ιδιότητες συνδέουν
τα πεδία της έρευνας σε βαθύτερα επίπεδα από ό,τι η ακριβής διατύπωση κάθε
συστήματος. Οι κοινές θεμελιώδεις ιδιότητες ή οι περιορισμοί οδηγούν
σε καθολικούς τύπους, που εμφανίζονται σε ποικίλους και φαινομενικά
χωριστούς τομείς της έρευνας. Το γεγονός ότι οι γραμμές της δίνης στο φως
αναφέρονται σε ισχυρούς νόμους υποδεικνύοντας καθολικές ιδιότητες,
σημαίνει ότι αυτές οι γραμμές κυβερνώνται από κάποιους γενικότερους νόμους
από τις εξισώσεις των κυμάτων."
|
