Existem coisas na vida que podem ser previstas razoavelmente bem. As marés sobem e descem. A lua aumenta e diminui. Uma bola de bilhar salta em torno de uma mesa de acordo com a geometria ordenada.

E há coisas que desafiam a previsão fácil:o furacão que muda de direção sem aviso. O respingo de água em uma fonte. A graciosa desordem de galhos crescendo em uma árvore.

Esses fenômenos e outros semelhantes podem ser descritos como sistemas caóticos, e são notáveis ​​por exibir um comportamento que é previsível no início, mas fica cada vez mais aleatório com o tempo.

Por causa do grande papel que os sistemas caóticos desempenham no mundo ao nosso redor, cientistas e matemáticos há muito procuram entendê-los melhor. Agora, Lihong Wang da Caltech, o Professor Bren no departamento de Engenharia Médica Andrew e Peggy Cherng, desenvolveu uma nova ferramenta que pode ajudar nessa busca.

Na última edição da Avanços da Ciência , Wang descreve como ele usou uma câmera ultrarrápida de seu próprio projeto que gravava vídeo a um bilhão de quadros por segundo para observar o movimento da luz laser em uma câmara especialmente projetada para induzir reflexos caóticos.

"Algumas cavidades não são caóticas, então o caminho que a luz toma é previsível, "Diz Wang. Mas no trabalho atual, ele e seus colegas usaram aquela câmera ultrarrápida como uma ferramenta para estudar uma cavidade caótica, "em que a luz segue um caminho diferente a cada vez que repetimos o experimento."

A câmera usa uma tecnologia chamada fotografia ultrarrápida compactada (CUP), que Wang demonstrou em outra pesquisa ser capaz de atingir velocidades de até 70 trilhões de quadros por segundo. A velocidade com que uma câmera CUP grava o vídeo a torna capaz de ver a luz - a coisa mais rápida do universo - enquanto ela viaja.

Mas as câmeras CUP têm outro recurso que as torna adequadas para estudar sistemas caóticos. Ao contrário de uma câmera tradicional que grava um quadro de vídeo por vez, uma câmera CUP basicamente dispara todos os seus quadros de uma vez. Isso permite que a câmera capture toda a trajetória caótica de um feixe de laser através da câmara de uma só vez.

Isso é importante porque em um sistema caótico, o comportamento é diferente a cada vez. Se a câmera capturou apenas parte da ação, o comportamento que não foi registrado nunca poderia ser estudado, porque nunca ocorreria exatamente da mesma maneira novamente. Seria como tentar fotografar um pássaro, mas com uma câmera que só pode capturar uma parte do corpo de cada vez; além disso, cada vez que o pássaro pousava perto de você, seria uma espécie diferente. Embora você possa tentar reunir todas as suas fotos em uma imagem composta de pássaros, aquele pássaro improvisado teria o bico de um corvo, o pescoço de uma cegonha, as asas de um pato, a cauda de um falcão, e as pernas de uma galinha. Não é exatamente útil.

Wang diz que a capacidade de sua câmera CUP de capturar o movimento caótico da luz pode dar uma nova vida ao estudo do caos óptico, que tem aplicações em física, comunicações, e criptografia.

"Era um campo muito quente há algum tempo, mas morreu, talvez porque não tínhamos as ferramentas de que precisávamos, "diz ele." Os experimentalistas perderam o interesse porque não podiam fazer os experimentos, e os teóricos perderam o interesse porque não puderam validar suas teorias experimentalmente. Esta foi uma demonstração divertida para mostrar às pessoas nesse campo que eles finalmente têm uma ferramenta experimental. "

O artigo que descreve a pesquisa, intitulado "Observação em tempo real e controle do caos óptico, "aparece na edição de 13 de janeiro da Avanços da Ciência .