Die Gesetze, welche darüber bestimmen, wie sich komplexe Oberflächenmuster – etwa das Muster eines Blumenkohls – mit der Zeit entwickeln, wurden erstmals von einer Gruppe europäischer Forscher beschrieben.
In einer am 24. Oktober 2012 im New Journal of Physics des Institute of Physics und der German Physical Society veröffentlichten Studie haben Wissenschaftler eine mathematische Formel vorgestellt, um jene Prozesse zu beschreiben, die diktieren, wie Blumenkohl-ähnliche Muster – eine Art Fraktalmuster – entstehen und sich entwickeln.
Der Begriff “Fraktal” definiert ein Muster, das im Kleinen ähnlich wie die komplette Struktur aussieht, wenn auch nicht ganz identisch mit ihr. Beispielsweise ähneln die Blätter eines Farns der gesamten Pflanze und der Nebenfluss eines Flusses gleicht der Form des Flusses selbst.
Die Natur ist voll von fraktalen Mustern. Sie können in Wolken, Blitzen, Kristallen, Schneeflocken, Bergen und Blutgefäßen beobachtet werden. Das fraktale Muster der Blumenkohlpflanze ist allgegenwärtig und kann in zahlreichen lebenden und nicht-lebenden Systemen entdeckt werden.
Die Eigenschaften von Fraktalen, etwa ihre Formen, Größen und relativen Positionen, wurden umfassend untersucht. Trotzdem ist nur wenig über die Prozesse bekannt, die an ihrer Entstehung beteiligt sind. Um sie zu identifizieren, ließen die Wissenschaftler von der Comillas Pontifical University, der Universidad Carlos III de Madrid, dem Instituto de Ciencia de Materiales-CSIC, der École Polytechnique und der Katholieke Universiteit Leuven zunächst dünne Filme mit Hilfe einer Technik wachsen, die als chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) bekannt ist.
CVD ist eine Technik, die verwendet wird, um einen Festkörper zu kultivieren, in dem ein Substrat einer Anzahl von Vorprodukten ausgesetzt ist, welche auf seiner Oberfläche reagieren und/oder zerfallen, um einen spezifischen, dünnen Film zu erzeugen. Die Forscher haben den CVD-Prozess maßgeschneidert, so dass der Film in Formen wachsen würde, die mit denen auf einem Blumenkohl vergleichbar sind, aber begrenzt auf mikroskopische Maßstäbe.
Damit waren die Forscher imstande, eine Formel abzuleiten, die beschreibt, wie sich die Blumenkohl-ähnlichen Muster mit der Zeit entwickeln. Sie bewiesen, dass die Formel in der Lage war, die endgültigen Blumenkohl-ähnlichen Muster erfolgreich vorherzusagen, indem die Wissenschaftler sie mit realen Blumenkohlpflanzen und Brandausbreitungsmustern verglichen, die in viel größeren Maßstäben auftreten.
Mario Castro, Co-Autor der Studie, sagte: “Ungeachtet des weitverbreiteten Erfolgs der Fraktalgeometrie, um natürliche und künstliche Fraktalformen zu beschreiben, liefern rein geometrische Beschreibungen keinen Einblick in die Gesetze, welche die Herausbildung der Formen im Laufe der Zeit steuern.”
“Wir glauben, dass es bei der Identifizierung der beteiligten biologischen und physikalischen Mechanismen helfen wird, wenn wir die allgemeinen Gesetze kennen, welche die Bildung und das Wachstum dieser Muster kontrollieren”, ergänzte er.
Quelle: http://www.iop.org/news/12/oct/page_58763.html
(THK)
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