终于看见光的速度了:每秒一万亿帧的相机,拍摄到光的运行状态!

  • 日期:08-11
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  麻省理工学院的电子工程教授哈罗德金顿(Harold Eugene “Doc” Edgerton)早在1964年的时候,就利用每秒100万帧的高速相机拍摄了子弹打穿一个苹果的照片。但是50年后,人类,具体来说是麻省理工学院媒体实验室的 Ramesh Raskar 的团队创造出了每秒可以拍摄一万亿张照片的相机,比金顿的还快100万倍。

  我是谁?我在哪?我看到了什么?不会是手电筒照射的吧(光移动的时候是在标签里面的,所以不可能是手电筒照射的)。

  其实,这就是传说的中的飞秒拍摄技术。

  飞秒(femtosecond)也叫毫微微秒,简称fs,是标衡时间长短的一种计量单位。1飞秒只有1秒的一千万亿分之一,即1e?15秒或0.001皮秒(1皮秒是,1e?12秒)。即使是每秒飞行30万千米的真空中的光,在一飞秒内,也只能走300纳米。

  平时说到秒,感觉已经是最快的了,其实还有我们无法想象的,比如下面这组数据。

  1秒=1000毫秒(ms)

  1秒=1,000,000 微秒(μs)

  1秒=1,000,000,000 纳秒(ns)

  1秒=1,000,000,000,000 皮秒(ps)

  1秒=1,000,000,000,000,000飞秒(fs)

  (这么多0……)

  麻省理工学院的电子工程教授哈罗德金顿(Harold Eugene “Doc” Edgerton)早在1964年的时候,就利用每秒100万帧的高速相机拍摄了子弹打穿一个苹果的照片。

  但是50年后,人类,具体来说是麻省理工学院媒体实验室的 Ramesh Raskar 的团队创造出了每秒可以拍摄一万亿张照片的相机,比金顿的还快100万倍。

  这就是飞秒摄影技术(femto-photography)的诞生。

  你或许会想,这么快的摄像技术有什么用?

  用处可大了。比如,可以看清光的运动。

  有了飞秒摄影技术,虽然光速依然不变,但是它的运动不再能超出人眼的分辨范围。

  就像来到房间里打开一盏灯的时候,我们可以看到光先照亮哪里,然后再照亮哪里。换言之,光的速度在我们的眼中被“放慢”了。

  如果制造一个持续几飞秒(10?15秒)的激光,那么我们就可以创造出一道像子弹一样的激光束。这道激光当然是以光速运动的,它的速度是普通子弹的100万倍。

  现在用这道激光子弹去射这个可乐瓶,我们会看到什么呢?

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  好吧,你刚刚看到的这整个画面,发生过程不超过1纳秒(10?9秒)。

  我们看到的,是经过100亿倍稀释后的时间。如果我们用的是普通的子弹来重复这个实验,那么我们要花一整年的时间,才能看到子弹从可乐瓶底部移动到瓶口。

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  而我们看到的光辉,实际上是散射的光,它们不再沿着原来的路线前进,反而进入了我们的眼睛里(也就是镜头里)。当这粒光线子弹射到可乐盖上的时候,这个现象尤其明显,因为有许多光子无法穿越瓶盖,被强行分散了。

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  因为水瓶上部有气体,你可以看到光在那里弹跳,涟漪倒映在了桌子上。

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  Raskar 解释道,因为这种摄影技术已经接近“与光同行”,因此在某些时刻,相机拍摄到的事件“穿越”了,后发生的事件被提前曝光。利用相对论对扭曲的时空进行矫正,我们就可以重新得到时间顺序正常的影像。

  回顾视频再感受一下:

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