終於看見光的速度了:每秒一萬億幀的速度,拍攝到光的運行狀態!

2021-02-15 金屬加工前沿

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我是誰，我在哪，我看到了什麼，不會是手電筒照射的吧（光移動的時候是在標籤裡面的，所以不可能是手電筒照射的）。

這個就是傳說的中的飛秒拍攝技術

飛秒（femtosecond）也叫毫微微秒，簡稱fs，是標衡時間長短的一種計量單位。1飛秒只有1秒的一千萬億分之一，即1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。即使是每秒飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。

平時說到秒，感覺已經是最快的了，其實還有我們無法想像的，比如下面這組數據。

1秒=1000毫秒(ms)

1秒=1,000,000 微秒(μs)

1秒=1,000,000,000 納秒(ns)

1秒=1,000,000,000,000 皮秒(ps)

1秒=1,000,000,000,000,000飛秒(fs)

下巴都驚呆了，這麼多0都夠數半天了

麻省理工學院的電子工程教授哈羅德·金頓（Harold Eugene 「Doc」 Edgerton）早在1964年的時候，就利用每秒100萬幀的高速相機拍攝了子彈打穿一個蘋果的照片。

但是50年後，人類，具體來說是麻省理工學院媒體實驗室的 Ramesh Raskar 的團隊創造出了每秒可以拍攝一萬億張照片的相機，比金頓的還快100萬倍。

這就是飛秒攝影技術（femto-photography）的誕生。

你或許會想，這麼快的攝像技術有什麼用？

用處可大了。比如，可以看清光的運動。

有了飛秒攝影技術，雖然光速依然不變，但是它的運動不再能超出人眼的分辨範圍。

就像來到房間裡打開一盞燈的時候，我們可以看到光先照亮哪裡，然後再照亮哪裡。換言之，光的速度在我們的眼中被「放慢」了。

如果製造一個持續幾飛秒（10−15秒）的雷射，那麼我們就可以創造出一道像子彈一樣的雷射束。這道雷射當然是以光速運動的，它的速度是普通子彈的100萬倍。

現在用這道雷射子彈去射這個可樂瓶，我們會看到什麼呢？

好吧，你剛剛看到的這整個畫面，發生過程不超過1納秒（10−9秒）。

我們看到的，是經過100億倍稀釋後的時間。如果我們用的是普通的子彈來重複這個實驗，那麼我們要花一整年的時間，才能看到子彈從可樂瓶底部移動到瓶口。

而我們看到的光輝，實際上是散射的光，它們不再沿著原來的路線前進，反而進入了我們的眼睛裡（也就是鏡頭裡）。當這粒光線子彈射到可樂蓋上的時候，這個現象尤其明顯，因為有許多光子無法穿越瓶蓋，被強行分散了。

因為水瓶上部有氣體，你可以看到光在那裡彈跳，漣漪倒映在了桌子上。

Raskar 解釋道，因為這種攝影技術已經接近「與光同行」，因此在某些時刻，相機拍攝到的事件「穿越」了，後發生的事件被提前曝光。利用相對論對扭曲的時空進行矯正，我們就可以重新得到時間順序正常的影像。

下面來看記錄光束的精彩視頻

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  • 終於看見光的速度了:每秒一萬億幀的相機,拍攝到光的運行狀態!
    這個就是傳說的中的飛秒拍攝技術飛秒（femtosecond）也叫毫微微秒，簡稱fs，是標衡時間長短的一種計量單位。1飛秒只有1秒的一千萬億分之一，即1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。即使是每秒飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。
  • 光的速度可以看見了:每秒一萬億幀的相機出事世了!
    這個就是傳說的中的飛秒拍攝技術飛秒（femtosecond）也叫毫微微秒，簡稱fs，是標衡時間長短的一種計量單位。1飛秒只有1秒的一千萬億分之一，即1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。即使是每秒飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。
  • 光的傳播速度與光源運動狀態無關，是否聲波、水波也是如此？
    光是一種電磁波，光的傳播速度的確不受光源移動速度變化而變化，愛因斯坦狹義相對論的「光速不變原理」對此說的非常清楚：光在真空中的傳播速度相對於任何參考系是不變的，與光源和觀察者的運動狀態無關。聲音的傳播速度相對於飛機裡的空氣介質和觀察者仍然是1馬赫（當然對於地面的觀察者肯定是大於1馬赫，因為觀察者的運動狀態發生了變化）。由上可知，要想知道水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態是否有關，我們只要看振動源和介質的相對運動狀態即可，如果振動源總是和介質相對靜止，則水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態無關；如果振動源和介質有相對運動，則水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態有關。
  • 光在宇宙中傳播的速度是不恆定的
    v1>v2我們知道，光在真空中的速度約為，光在空氣中的速度略小於真空，光經過玻璃或者水等這樣的介質時，速度會減慢，這說明光的速度不是不變的，而是隨著經過的介質而發生改變！星系是由物質組成！（星雲，恆星，星球等組成）當光從星系外的太空進入星系時，光的速度會減慢！正如太陽光進入在地球的大氣中運行的時候。反之，當光從星系飛向星系外的太空時，光速會增快。當然，速度變化並不會很大，只是在一定的範圍內。
  • 電的速度快還是光的速度快?
    這您可就是杞人憂天了，因為「電的速度」是非常非常快的，基本上接近目前發現的「最能跑」的物質——光在真空中傳播的速度大約是30萬公裡/秒。這速度~！簡直比蝸牛爬得還慢！這麼算的話發電廠那端的電子要漂到我家，得多少個世紀啊……電子的漂移速度這麼慢，當然不可能是我們平常說的約等於光速的「電的速度」。
  • 光的傳播速度與光源運動狀態無關,那水波和聲波呢?有什麼規律?
    光是一種電磁波，光的傳播速度的確不受光源移動速度變化而變化，愛因斯坦狹義相對論的「光速不變原理」對此說得非常清楚：光在真空中的傳播速度相對於任何參考系是不變的，與光源和觀察者的運動狀態無關。聲音的傳播速度相對於飛機裡的空氣介質和觀察者仍然是1馬赫（當然對於地面的觀察者肯定是大於1馬赫，因為觀察者的運動狀態發生了變化。）。由上可知，要想知道水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態是否有關，我們只要看振動源和介質的相對運動狀態即可，如果振動源總是和介質相對靜止，則水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態無關；如果振動源和介質有相對運動，則水波和聲波的傳播速度與振動源的運動狀態有關。
  • 速度最快人造物體是什麼,未來突破點有哪些,目前進展如何?
    2018年，加州理工學院（Cal-tech）和法國國家安全研究所（INRS）的團隊，開發出了世界上最快的相機，刷新了瑞典科學團隊創下的每秒5萬億幀拍攝速度，創造出每秒10萬億幀拍攝速度。這是什麼概念？就是光速為每秒30萬千米，被認為世界上運動速度最快的限速度。但這種攝像機能把光走1秒的路徑拍攝10萬幀照片，也就是光每走10um（微米），就被拍攝了一張照片。
  • 光的速度達到了30萬公裡每秒,那「黑暗」有速度嗎?有多快?
    光，是一種很抽象的物質，我們雖然每天都可以看見光，但是摸不著光。提到光，不得不說它的一個強大本領，即傳播速度非常快，快到超乎想像。光的傳播速度簡稱光速，是人類目前認知中最快的速度，數值約為30萬公裡每秒（真空中），自然界中任何有質量的物體的運動速度都不可能超過光速。
  • 光的最慢速度是多少?
    而光是原子受到激勵，外圍電子向更高的能級軌道躍遷時釋放出來的光子輻射，這種輻射本質上是電磁波的一種，具備波粒二象性。但是光子又沒有靜止質量，換句話說，光子本身能不能算一種物質，是一直有爭論的。既然光子算不算實體物質不能確定，那麼光整體上算不算物質也讓人迷惑。波粒二象性本身就很難理解，而光是如何定向傳播，為什麼光速有一個極限值，都是不好回答的問題。
  • 光的速度能達到了每秒30萬公裡,那它的動力到底來自於哪裡?
    在宇宙當中相信沒有任何一種東西比光還要快了，根據愛因斯坦的相對論，在世界上有靜止的東西，也有不斷運動的東西，而有一些物體運動的速度只能無限的接近光速，但是遠遠沒有辦法到達光速，這就是因為當物體運動的速度接近光速的時候，它的質量也在不斷變大，而這個時候想要推動物體不斷的運動也是需要不斷的能量，所以說在宇宙當中沒有任何的物體
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    光傳播有速度，眼睛看到的太陽是8分鐘之前的，歷史依然存在？在中學知識中，我們了解到，光線傳播是有速度的，所以我們眼睛能夠看到的情景，也都是有一些延遲的，就拿我們看到的太陽來說，這也是太陽八分鐘之前的一個狀態，所以這說明了，我們的眼睛一直在欺騙著我們，眼睛看到的情景告訴我們，這就是現實，其實這只是過去。
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  • 光的速度那麼快,它的能量來自於哪裡?
    我們說光是有能量的，也就是說，光有能力讓物質在其力的作用下產生位移，其實驗證據就是光電效應實驗。光照射在鋅版上，能夠加速電子的運動，速度快到電子可以脫離鋅原子的電場束縛跑出來。 光的能量大小用hν來計算，其中h是普朗克常數，ν是光的頻率。頻率是一個離散量，所以說光是具有量子特性，其能量是一份一份的。
  • 光走一年是一光年嗎？光子：你低估我的速度了，只需一瞬間
    由於光速不變，飛船上光鍾斜線的運行軌跡要大於光鐘上下來回擺動的運動軌跡。當地球上光鍾走過2秒，飛船上的光鍾才走過1秒。如果飛船的速度再快一點，飛船上光鍾斜線的傾斜角就會越小，從而導致，光子到達反光鏡的路線更長，於是我們就會得到「嘀------------嗒」，也就是說飛船速度越快，嘀嗒的間隔就會越大，飛船上的鐘就會走的越慢！我們可以得出一個震驚的結論「速度時間膨脹」，速度越快時間膨脹得越快！這就是愛因斯坦要告訴我們的「時間是相對的」。
  • 光從太陽到地球要8分鐘？光子：太低估我的速度了，一瞬間足以
    》，其中就提到一個問題：「如果我也以光速運動，那麼光在我眼裡是什麼樣的？，不受任何束縛，因此它擁有了絕對的速度。同樣是從太陽到地球，速度越快鍾走得越慢，而對於光速的光子來說，它的時間是靜止的，時間間隔是一瞬間。
  • 光從太陽到地球要8分鐘?光子:你低估我的速度了,只需一瞬間
    例如：愛因斯坦的時空隧道（蟲洞），摺疊時讓A點與B點相連接，然後拿著筆把A點穿透到對面的B點。方案二，加快速度，從而縮短時間間隔，把8分鐘縮短到一瞬間，還要保證在地球上的人看來還是走了8分鐘，也就是出現「相對時間」，有點抽像，下面詳細解釋。當然，以上兩個方案綜合一下也是可以的。很多人可能知道光速是恆定的，不會加速，也不會減速，光子似乎也沒有摺疊空間的能力，那麼光子是如何做到的？
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    愛因斯坦小的時候，曾經幻想過，以光的速度去追光，會不會看到光是靜止的？如果光是靜止的，那是不是伸手就可以抓住一把光呢？而是說光不管用什麼做參照物、它的速度都不變。也就是說光速在所有坐標系下是一樣的。比如說，我們在一輛以速度U1向前開的車上，向車運動的方向射出一支速度為U2的支箭，這時箭的速度U3就是車的速度加上箭射出的速度,就U3=U1+U2。可是如果我們在這輛車上，向車運動的方向打開一個手電筒，這時手電筒的光的速度並不是光的速度加上車的速度，而是，光的速度不變。
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