Obraz, który widzisz powyżej, przypomina obraz satelitarny dużej delty rzeki, w której główny kanał zaczyna się dzielić na mniejsze kanały i kanały, które z kolei dzielą się na jeszcze mniejsze. Coś podobnego może się zdarzyć, gdy fale rozchodzą się w określonym środowisku. Zjawisko to nazywane jest „przepływem rozgałęzionym” i zostało już zaobserwowane przez fizyków w odniesieniu do przepływów elektronów (prądu elektrycznego), fal dźwiękowych i fal oceanicznych.
Teraz naukowcom udało się osiągnąć to zjawisko w odniesieniu do światła widzialnego i okazało się to dość proste, ponieważ wystarczył do tego laser i pianka, składająca się z małych baniek mydlanych.
Przepływ rozgałęziony wymaga środowiska o określonych właściwościach. Jego struktura powinna być przypadkowa, elementy składające się na strukturę ośrodka powinny być większe niż długość fali przepływu. A zmiany w strukturze środowiska powinny następować dość płynnie, bez gwałtownych przejść. Jeśli wszystkie te warunki zostaną spełnione, niewielkie zmiany i fluktuacje w strukturze medium mogą rozproszyć przepływ, powodując jego rozdzielanie się i ciągłe „rozgałęzianie”.
Zachowanie przepływu rozgałęzień jest typowe dla fal o wystarczająco długich długościach, ale uzyskanie takiego zjawiska w odniesieniu do fal świetlnych było dość trudne, dopóki naukowcy z Technion Institute of Technology i University of Central Florida nie wymyślili użycia piany z baniek mydlanych jako medium do rozchodzenia się światła. …
Membrana każdego pęcherzyka składa się z bardzo cienkiej warstwy cieczy umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami cząsteczek środka powierzchniowo czynnego. Grubość tego wszystkiego waha się od pięciu nanometrów do kilku nanometrów i takie różnice w grubości dają dobrze znane kolorowe obrazy na powierzchni baniek mydlanych. Ale te same różnice w grubości mogą działać jak rodzaj lustra, które powodują, że strumień światła przechodzącego przez nie załamuje się, rozdziela i rozgałęzia.
Kierując wiązkę światła lasera, któremu wcześniej nadano specjalny „płaski” kształt, przez mydliny, naukowcy zauważyli, że wiązka ta zaczęła się rozprzestrzeniać wzdłuż trajektorii rozgałęzionego strumienia. Później, zastępując dość jasne światło lasera wiązką słabego białego światła, naukowcy obserwowali, jak ta wiązka zaczęła zmieniać kolor, dzieląc się na mniejsze wiązki. W zwykłych bańkach mydlanych przepływ powietrza wokół membrany powoduje ciągłe zmiany jej grubości, co prowadzi do tego, że kolorowe obrazy na powierzchni nieustannie zmieniają kształt i przemieszczają się. W pianie nie ma znaczących prądów powietrza, a obrazy podzielonego światła mogą pozostawać stabilne przez kilka minut.
Zwróć uwagę, że osiągnięcie to może mieć bardzo silny wpływ na dziedzinę tzw. Opto-fluidy, dziedzinę nauki poświęconą oddziaływaniu światła z różnymi cieczami. A jeśli dasz upust swojej wyobraźni, możesz sobie wyobrazić jakiś procesor optyczny, który wykonuje obliczenia, manipulując strumieniami światła za pomocą sztucznie stworzonych różnic w grubości membran w ośrodku, przez który przechodzi to światło.
Film promocyjny:
Podsumowując, należy wspomnieć, że rozgałęzienie strumienia świetlnego w trzech wymiarach jest zjawiskiem, o którym naukowcy domyślali się od dawna, ale którego w praktyce nie obserwowano do niedawna.
