光速可测!创历史!

原始太初,上帝创造了天地。地面一片空虚混沌,渊面黑暗,只有上帝的灵运行在水面上。上帝说:“要有光!”于是,就有了光。

光速可测!创历史!

有了光,便有了在瑞士专利局里面仰望天空而日后会成为科学巨匠的追光少年,于是我们知道了在相对论体系里,光速是恒定不变的设定,光速也成为宇宙中已知的不可逾越的速度极限。

光速可测!创历史!

无论在宗教领域还是科学领域,人们对于光的关注从未停止。睁开眼,光便涌入了我们的视线和意识里,真的是难以描述的快速。众所周知,真空中光速接近3亿米/秒,如此的速度我们感官怎么能观测真切呢?慢动作下的光将会展现出什么样的效果?

问题本身听起来让人感到难以回答,但近期美国加州理工学院光学研究员成功研制出的世界上拍摄速度最快的相机,将有助于揭晓这个答案。在YouTube网站发布的一段视频中,加州理工学院研究人员展示了他们的相机性能:可以拍摄一束激光以每秒大约1000亿帧的速度穿过一瓶水(相比之下,电影制作是以每秒24帧的速度拍摄)。

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在对应的视频中,当激光脉冲从左至右穿过屏幕时,光子们以一团蓝色模糊物质的形态清晰地穿过了瓶子。整个过程水分子协助散射了激光束中的光子,整个机理正像宇宙灰尘云散射其它看不见的恒星光线。加州理工学院的博士后王鹏在视频中演示了具体用这款相机来拍摄的过程,他指出,光在大约二十亿分之一秒的时间走过了一个瓶子的长度。

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令人难以相信的是,每秒拍摄1000亿帧图像仅是这款相机拍摄功能的一部分。加州理工学院的该款相机称作“T-CUP”,针对它的首次介绍出现在2018年10月《光:科学和应用》杂志的一篇研究报告中。那份报道中宣称该相机能以每秒10万亿帧的速度拍摄光线。研究人员研制T-CUP相机的目的是拍摄短激光脉冲不可思议的细节,换句话说,用于捕捉光速。

人们的手机相机能够拍摄二维信息,然后转化为信息直观明确的照片。但相对而言,T-CUP相机是一种超高速扫描相机,可以非常快速地记录一维图像。之前的超高速扫描相机通过记录多个激光脉冲的不同水平切片来合成光图像,而T-CUP相机能够在一个帧中成像整个激光脉冲,它将激光束同时转移至两个不同相机上,然后使用计算机程序将两幅图像结合起来。

更让人期待的是,根据T-CUP相机研制者之一的王教授称,研究人员将会在不久的将来研究出性能更优的超高速相机,甚至可以超越T-CUP相机,将速度提高到1000万亿帧每秒。这种快速相机将来可能会进入医学研究领域,从而成像人类活体组织(包括大脑)的具体细节,这将是一个全新的应用科学领域,王教授如是说。


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