光速可測!創歷史!

原始太初,上帝創造了天地。地面一片空虛混沌,淵面黑暗,只有上帝的靈運行在水面上。上帝說:“要有光!”於是,就有了光。

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有了光,便有了在瑞士專利局裡面仰望天空而日後會成為科學巨匠的追光少年,於是我們知道了在相對論體系裡,光速是恆定不變的設定,光速也成為宇宙中已知的不可逾越的速度極限。

光速可測!創歷史!

無論在宗教領域還是科學領域,人們對於光的關注從未停止。睜開眼,光便湧入了我們的視線和意識裡,真的是難以描述的快速。眾所周知,真空中光速接近3億米/秒,如此的速度我們感官怎麼能觀測真切呢?慢動作下的光將會展現出什麼樣的效果?

問題本身聽起來讓人感到難以回答,但近期美國加州理工學院光學研究員成功研製出的世界上拍攝速度最快的相機,將有助於揭曉這個答案。在YouTube網站發佈的一段視頻中,加州理工學院研究人員展示了他們的相機性能:可以拍攝一束激光以每秒大約1000億幀的速度穿過一瓶水(相比之下,電影製作是以每秒24幀的速度拍攝)。

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在對應的視頻中,當激光脈衝從左至右穿過屏幕時,光子們以一團藍色模糊物質的形態清晰地穿過了瓶子。整個過程水分子協助散射了激光束中的光子,整個機理正像宇宙灰塵雲散射其它看不見的恆星光線。加州理工學院的博士後王鵬在視頻中演示了具體用這款相機來拍攝的過程,他指出,光在大約二十億分之一秒的時間走過了一個瓶子的長度。

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令人難以相信的是,每秒拍攝1000億幀圖像僅是這款相機拍攝功能的一部分。加州理工學院的該款相機稱作“T-CUP”,針對它的首次介紹出現在2018年10月《光:科學和應用》雜誌的一篇研究報告中。那份報道中宣稱該相機能以每秒10萬億幀的速度拍攝光線。研究人員研製T-CUP相機的目的是拍攝短激光脈衝不可思議的細節,換句話說,用於捕捉光速。

人們的手機相機能夠拍攝二維信息,然後轉化為信息直觀明確的照片。但相對而言,T-CUP相機是一種超高速掃描相機,可以非常快速地記錄一維圖像。之前的超高速掃描相機通過記錄多個激光脈衝的不同水平切片來合成光圖像,而T-CUP相機能夠在一個幀中成像整個激光脈衝,它將激光束同時轉移至兩個不同相機上,然後使用計算機程序將兩幅圖像結合起來。

更讓人期待的是,根據T-CUP相機研製者之一的王教授稱,研究人員將會在不久的將來研究出性能更優的超高速相機,甚至可以超越T-CUP相機,將速度提高到1000萬億幀每秒。這種快速相機將來可能會進入醫學研究領域,從而成像人類活體組織(包括大腦)的具體細節,這將是一個全新的應用科學領域,王教授如是說。


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