Fraktalkroppar i bubblor / Ordet "fraktal" kommer från "fraktionell". Få kunde föreställa sig fraktala kroppar med icke-heltalsdimensioner mellan tvådimensionella (ett plan) och tredimensionella (en kub, till exempel) figurer. Det finns dock många fraktala kroppar runt omkring oss som moln och kustlinjer, vilket indikerar fraktala former är de mest naturliga och grundläggande formerna av existens i naturen. Vår upptäckt av det universella förhållandet mellan fysikaliska egenskaper och provdimensioner indikerar att dimensionerna också styr alla typer av fysiska och mekaniska egenskaper som en naturprincip. Kredit:Toshio Naito, Ehime University
Det har varit känt att till exempel nanopartiklar uppvisar helt andra egenskaper än bulkproverna av samma material. Ändå vet ingen varför. Forskare vid Ehime University upptäckte en kontrollmetod för fraktaldimensionerna hos ett fast prov, vilket möjliggör systematisk och detaljerad undersökning av olika fysikaliska egenskaper hos prover med olika dimensioner. Som ett resultat upptäckte de det universella förhållandet mellan fysiska egenskaper och fraktala dimensioner.
Från himmelska kroppar till mänskliga celler, allt i detta universum har ändliga dimensioner i tre riktningar i rymden; allt i den verkliga världen är tredimensionellt, enligt euklidisk geometri. Hur tunt eller litet ett objekt i nanoskala än är, kan dimensionerna inte ändras. Följaktligen har det varit fast trott att ingen kan ändra eller kontrollera dimensionerna av verklig materia. Men genom att istället uppmärksamma fraktala dimensioner är dimensionskontroll möjlig på ett enkelt sätt.
Forskarna förberedde en serie blandade pulverprover med samma material men med olika fraktala dimensioner, motsvarande ett annat blandförhållande mellan ämnet av intresse och vax. Med hjälp av dessa prover undersökte de deras strukturer och fysikaliska egenskaper i detalj. De undersökte också material med olika egenskaper för att bekräfta resultatens universalitet. Med hjälp av teoretiska beräkningar baserade på ursprungliga modeller och metoder upptäckte de att det finns ett universellt samband mellan provets fraktala dimensioner och deras fysiska egenskaper, såsom elektrisk ledning och magnetism. Detta kan vara en nyligen avslöjad naturprincip, där materiens dimension styr alla dess fysiska och mekaniska egenskaper.
De stereoskopiskt arrangerade kuberna är fraktala kroppar med olika dimensioner. Den största gula kroppen tillhör 2,5-dimensionella kroppar, medan den minsta blå kroppen tillhör tredimensionella kroppar. Minskningen av fraktaldimensionen motsvarar en ökning av tomrummen i kropparna. I vår studie är tomrummen fyllda med specialvax som inte spelar någon roll för de fysiska egenskaperna. Kredit:Toshio Naito, Ehime University
Serien av blå och gula fraktalkroppar har något olika fraktala dimensioner från varandra. Den största gula kroppen tillhör 2,5-dimensionella kroppar, medan den minsta blå kroppen tillhör tredimensionella kroppar. Minskningen av fraktaldimensionen motsvarar en ökning av tomrummen i kropparna. I vår studie är tomrummen fyllda med specialvax som inte spelar någon roll för de fysiska egenskaperna. Kredit:Toshio Naito, Ehime University
