Hay cosas en la vida que se pueden predecir razonablemente bien. Las mareas suben y bajan. La luna crece y mengua. Una bola de billar rebota alrededor de una mesa de acuerdo con una geometría ordenada.
Y luego están las cosas que desafían la predicción fácil: el huracán que cambia de dirección sin previo aviso. El chapoteo del agua en una fuente. El elegante desorden de las ramas que crecen en un árbol.
Estos fenómenos y otros similares pueden describirse como sistemas caóticos, y se destacan por exhibir un comportamiento que es predecible al principio, pero que se vuelve cada vez más aleatorio con el tiempo.
Debido al gran papel que juegan los sistemas caóticos en el mundo que nos rodea, los científicos y matemáticos han buscado durante mucho tiempo comprenderlos mejor. Ahora, Lihong Wang de Caltech, profesor Bren en el departamento de Ingeniería Médica Andrew y Peggy Cherng, ha desarrolladouna nueva herramienta que podría ayudar en esta búsqueda.
en el último número de avances científicos , Wang describe cómo ha utilizado una cámara ultrarrápida de su propio diseño que graba vídeo a mil millones de fotogramas por segundo para observar el movimiento de la luz láser en una cámara especialmente diseñada para inducir reflejos caóticos.
"Algunas cavidades no son caóticas, por lo que el camino que toma la luz es predecible", dice Wang. Pero en el trabajo actual, él y sus colegas han utilizado esa cámara ultrarrápida como herramienta para estudiar una cavidad caótica ", en la quela luz toma un camino diferente cada vez que repetimos el experimento ".
La cámara utiliza una tecnología llamada fotografía ultrarrápida comprimida CUP, que Wang ha demostrado en otras investigaciones que es capaz de alcanzar velocidades de hasta 70 billones de fotogramas por segundo. La velocidad a la que una cámara CUP graba videos la hace capazde ver la luz, lo más rápido del universo, mientras viaja.
Pero las cámaras CUP tienen otra característica que las hace especialmente adecuadas para estudiar sistemas caóticos. A diferencia de una cámara tradicional que graba un cuadro de video a la vez, una cámara CUP básicamente dispara todos sus cuadros a la vez. Esto permite que la cámara capturela totalidad del camino caótico de un rayo láser a través de la cámara, todo de una vez.
Eso importa porque en un sistema caótico, el comportamiento es diferente cada vez. Si la cámara solo capturara parte de la acción, el comportamiento que no se registró nunca podría estudiarse, porque nunca volvería a ocurrir exactamente de la misma manera.Sería como intentar fotografiar un pájaro, pero con una cámara que solo puede capturar una parte del cuerpo a la vez; además, cada vez que el ave aterrizara cerca de ti, sería una especie diferente. Aunque podrías intentar ensamblar todas tusfotos en una imagen compuesta de pájaro, ese pájaro empedrado tendría el pico de un cuervo, el cuello de una cigüeña, las alas de un pato, la cola de un halcón y las patas de un pollo. No es exactamente útil.
Wang dice que la capacidad de su cámara CUP para capturar el movimiento caótico de la luz puede dar nueva vida al estudio del caos óptico, que tiene aplicaciones en física, comunicaciones y criptografía.
"Era un campo realmente caliente hace algún tiempo, pero se ha calmado, tal vez porque no teníamos las herramientas que necesitábamos", dice. "Los experimentadores perdieron el interés porque no pudieron hacer los experimentos, y ellos teóricos perdieron interés porque no pudieron validar sus teorías experimentalmente. Esta fue una demostración divertida para mostrar a las personas en ese campo que finalmente tienen una herramienta experimental ".
El artículo que describe la investigación, titulado "Observación y control del caos óptico en tiempo real", aparece en la edición del 13 de enero de avances científicos . Los coautores son Linran Fan, antes de Caltech, ahora profesor asistente en Wyant College of Optical Sciences en la Universidad de Arizona; y Xiaodong Yan y Han Wang, de la Universidad del Sur de California.
El financiamiento para la investigación fue proporcionado por el Programa de Investigadores Jóvenes de la Oficina de Investigación del Ejército, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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