如果用每秒1億幀的高速攝像機拍攝光線,是否能捕捉到光子的運行?

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真空中的光子捕捉不了,不過介質中的光線運行軌跡可以拍攝到。注意,是光線,不是光子,光子的軌跡依然捕捉不了。



這是科學家通過能捕捉單光子的高速攝像機記錄的激光脈衝經過空氣時的路徑軌跡,注意,是經過空氣!

為什麼一定要經過介質呢?為什麼我說是光線不是光子呢?因為傳播中的光子我們是看不到的 ,也沒有辦法看到,這些被拍到的光子都是出軌的光子,也就是都是脫離了路徑軌跡的光子。因為只有那些被空氣散射的光子,才有可能被高速攝像機捕捉到並記錄下來,那些沿著路徑傳播的光子是一往無前的,根本拍不到。

如果你認真看了我前面說的你可能會問為什麼我剛才說這高速攝像機能捕捉單光子呢?這是因為高速攝像機的感光元件要足夠靈敏,才能在如此高的幀率下工作,因為在每秒上億的幀率下,畫面是很暗的,比如我們平常看到的視頻是每秒25幀,那麼在每秒1億幀的高速攝像下,每幀的畫面將比正常畫面暗400萬倍......

我做了個對比圖你感受一下,隨便調低了一下亮度而已,遠沒有400萬倍那麼誇張……




400萬倍這意味著什麼?我想不出別的來形容,以星空來舉例吧,天文裡所說的視星等,從1等星到肉眼識別極限6等星,亮度相差100倍。每一個星等相差2.512倍,這樣,我們可以計算到400萬倍大約相差16.5個星等。

相差16.5個視星等相當於什麼樣呢?大約相當於你看滿月時候的月亮與能同時看到的最暗的星星的亮度差。

那些在高速攝像機下拍攝到的光線軌跡實際上都是激光束打到介質中的原子後被散射的結果,在真空中,由於不存在可以散射光束的原子,因此在真空運動的光束並不能拍到。

這裡有一個很好的例子,就是天文觀測中常用的指星筆,你會看到網上一些很奇怪的天文觀測照片,一束激光射向天空某處,突然就斷了。那就是因為那裡再往上沒有足夠多能散射這束激光的原子了。因此天文愛好者可以利用這個特性,用指星筆定位一些很難在望遠鏡裡找到的天體。


星宇飄零2099


不能,我們首先簡單介紹一下攝像機工作的原理。

我們使用的攝像機是通過接受被觀察物體的反光,然後通過膠片或者傳感器記錄圖像。


  1. 從側面觀察,前提條件是物體必須能反光或者折射光線(透明的物體也會反射和折射一部分光線,所以我們才能看得見),而光是電磁波,它並不能反射光,兩束光相遇只會相互穿過對方,所以我們並不會在攝相機裡得到光的圖像。

  2. 從正面觀察,光子是光傳播時的最小單位,為了便於理解,我們可以將一個光子不準確的比作極短一段光線。如圖中所示光子在到達攝像機之前並沒有光進入攝像機,攝像機不會產生畫面,攝像機只能在光到達的一瞬間記錄下來圖像,攝像機只能記錄光何時到達,並不能記錄光連續運動的畫面。


科級雞


首先就算你有能捕捉到光速的高速攝像機,你也拍不到一個光子的運動過程,只能拍攝到一束光通過不完全透明介質時散射出來的一個個斷續的亮斑。


隱者141891013


基於現有物質製造的攝像機,其分辨率永遠達不到光子尺度,而且要超越(小於)光子尺度至少一個數量級的尺度,才能分辨光子,這還是在我們宏觀世界認知的情況下。真正的光子是否能用宏觀世界的認證去看待,或者具有宏觀世界物質及物體的外形,誰都不知道,大概率是根本不同。

量子微觀世界,測量對光子狀態有影響,存在能量交換,影響光子的運動,測不準。

現有物質世界束縛住了我們,誰讓我們自身和製造的設備完全基於現有的物質呢,宏觀宇宙的構成基於目前發現的108種元素(據推測還有未知的超重元素),這也是無論有生命或無生命的萬物構成的基礎。


草獅子


你可以搜一下“飛秒攝影”,可能可以一定程度上解決你的問題。

不過提醒一下的是,飛秒攝影也不是拍光子,咋說呢……相機成像本來就得是光落入cmos才能成像的,它都跑cmos上去了,還哪有軌跡,至於更物理學的東西……算了我更講不明白


攝影攝像小白到小黑


你的一個像素能裝不知道多少個光子,而且它也不一定是個波還是一顆粒子。這玩意燒腦。


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