我們知道飛機接近音速（1馬赫）時會遇到一股強大的阻力，令飛機速度衰減，這一現象被稱為音障（sound barrier）。當飛機突破音障時，會壓縮空氣，在飛機的迎風面形成錐形激波面，同時，能量激增產生短暫的如同雷鳴般的爆炸聲傳到地面，被稱為音爆（sonic boom）。音爆被證明只存在於所謂的「馬赫錐」上，並擴展到超音速物體的後部，類似的情況也會出現在船向前行駛過程中，船頭部位會形成V形波浪。之前已經有研究表明光也可以產生類似的錐形尾流。如今，一個超高速攝像機竟然第一次成功捕捉到光脈衝留下的錐形尾跡！
飛機突破音障（來源：網絡）
我們都知道光在真空中的速度將近30萬公裡/秒，根據愛因斯坦相對論，任何東西的運動速度都不會超過光速。然而，在一些特殊的介質中光速可以變得異常地慢，比如說光通過玻璃的速度只有真空中的60%。事實上，在實驗室中，人類早已實現了把光速減慢100多萬倍。光在不同材料中的速度存在一定的差異，這一事實幫助科學家製造出「光子馬赫錐」，或叫「馬赫光錐」。
所謂「馬赫光錐」的示意圖，一種類似音爆的東西，但是我們看到的是光脈衝的錐形尾波。（來源：space.com，版權：Jinyang Liang and Lihong V. Wang）
美國聖路易斯華盛頓大學光學工程師梁金陽（音譯）和他的同事設計了一個狹窄的充滿乾冰霧的隧道，隧道夾在混有氧化鋁粉的矽橡膠板之間。然後，研究人員沿著隧道發射了一串綠色雷射脈衝，每次激發只持續7皮秒——萬億分之七秒！這些脈衝可以打散隧道內乾冰微粒，從而使得光波可以進入周圍的矽橡膠板。綠色雷射在隧道內的速度要大於其在矽橡膠板中的速度，所以當它在隧道內穿行的時候，在矽橡膠板中移動較慢的一部分散射光就會留下重疊的圓錐。這不禁讓人想到一個叫「時間光錐」的東西……
首次捕獲「光子馬赫錐」（來源：Liang et al. Sci. Adv.2017;3:e1601814）
【「時間光錐」是一種對光像傳遞延時的形象比喻，表示當前事件發生後以某種運動速度在一定時間後可能到達的位置。因為光的速度是最快的，所以「現在以後」會形成「未來光錐」表示將來事件，「現在以前」形成「過去光錐」，表示過去事件。而時間光錐以外的地方是無法觀察的。】
時間光錐示意圖（來源：網絡）
為了捕捉到這一事件的視頻，研究人員開發出一款被稱為「條紋相機」的設備，它可以做到每秒鐘拍攝1000億張照片！這臺新相機可以呈現同一事件的三個不同現象視圖：一個是捕獲一系列圖像，剩下的兩個視圖記錄每次拍攝的時間。這樣，他們可以有效地標記每個圖像，保持它們的順序。這樣就可以方便追溯和重複，只需一次曝光，這就十分有助於記錄那些複雜的，不可預知的事件。然而，這種技術的真正好處可以用於醫學研究，相機是足夠快，能夠觀察到神經元的發射和大腦中的圖像實時交互。我們希望我們可以使用我們的系統來研究神經網絡，以了解大腦如何工作。