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終于看見光的速度了:每秒一萬億幀的相機,拍攝到光的運行狀態!

時間:2024-01-09

麻省理工學院的電子工程教授哈羅德·金頓(Harold Eugene “Doc” Edgerton)早在1964年的時候,就利用每秒100萬幀的高速相機拍攝了子彈打穿一個蘋果的照片。但是50年后,人類,具體來說是麻省理工學院媒體實驗室的 Ramesh Raskar 的團隊創造出了每秒可以拍攝一萬億張照片的相機,比金頓的還快100萬倍。

                 

我是誰?我在哪?我看到了什么?不會是手電筒照射的吧(光移動的時候是在標簽里面的,所以不可能是手電筒照射的)。

其實,這就是傳說的中的飛秒拍攝技術。

飛秒(femtosecond)也叫毫微微秒,簡稱fs,是標衡時間長短的一種計量單位。1飛秒只有1秒的一千萬億分之一,即1e?15秒或0.001皮秒(1皮秒是,1e?12秒)。即使是每秒飛行30萬千米的真空中的光,在一飛秒內,也只能走300納米。

平時說到秒,感覺已經是最快的了,其實還有我們無法想象的,比如下面這組數據。

1秒=1000毫秒(ms)

1秒=1,000,000 微秒(μs)

1秒=1,000,000,000 納秒(ns)

1秒=1,000,000,000,000 皮秒(ps)

1秒=1,000,000,000,000,000飛秒(fs)

(這么多0……)

麻省理工學院的電子工程教授哈羅德·金頓(Harold Eugene “Doc” Edgerton)早在1964年的時候,就利用每秒100萬幀的高速相機拍攝了子彈打穿一個蘋果的照片。

但是50年后,人類,具體來說是麻省理工學院媒體實驗室的 Ramesh Raskar 的團隊創造出了每秒可以拍攝一萬億張照片的相機,比金頓的還快100萬倍。

這就是飛秒攝影技術(femto-photography)的誕生。

你或許會想,這么快的攝像技術有什么用?

用處可大了。比如,可以看清光的運動。

有了飛秒攝影技術,雖然光速依然不變,但是它的運動不再能超出人眼的分辨范圍。

就像來到房間里打開一盞燈的時候,我們可以看到光先照亮哪里,然后再照亮哪里。換言之,光的速度在我們的眼中被“放慢”了。

如果制造一個持續幾飛秒(10?15秒)的激光,那么我們就可以創造出一道像子彈一樣的激光束。這道激光當然是以光速運動的,它的速度是普通子彈的100萬倍。

現在用這道激光子彈去射這個可樂瓶,我們會看到什么呢?

好吧,你剛剛看到的這整個畫面,發生過程不超過1納秒(10?9秒)。

我們看到的,是經過100億倍稀釋后的時間。如果我們用的是普通的子彈來重復這個實驗,那么我們要花一整年的時間,才能看到子彈從可樂瓶底部移動到瓶口。

而我們看到的光輝,實際上是散射的光,它們不再沿著原來的路線前進,反而進入了我們的眼睛里(也就是鏡頭里)。當這粒光線子彈射到可樂蓋上的時候,這個現象尤其明顯,因為有許多光子無法穿越瓶蓋,被強行分散了。

因為水瓶上部有氣體,你可以看到光在那里彈跳,漣漪倒映在了桌子上。

Raskar 解釋道,因為這種攝影技術已經接近“與光同行”,因此在某些時刻,相機拍攝到的事件“穿越”了,后發生的事件被提前曝光。利用相對論對扭曲的時空進行矯正,我們就可以重新得到時間順序正常的影像。

文章來源:世界科技創新論壇


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