Учёные с помощью высокоскоростной камеры показали, как свет отражается от зеркал

Камера делает множество снимков, потом по ним реконструируют движение света.

Учёные из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне показали с помощью специальной камеры, как свет отражается от зеркал. Для захвата света используют затвор, который закрывается с частотой 3,8 наносекунды, из множества получившихся снимков реконструируют движение света. Получившийся ролик — часть научной работы под названием «Сверхсветовая 4-мерная визуализация света в полете».

{ "author_name": "Алексей Боржонов", "author_type": "editor", "tags": ["\u043d\u0430\u0443\u043a\u0430"], "comments": 101, "likes": 207, "favorites": 95, "is_advertisement": false, "subsite_label": "science", "id": 193247, "is_wide": true, "is_ugc": false, "date": "Fri, 31 Jul 2020 13:39:29 +0300", "is_special": false }
Объявление на TJ
0
101 комментарий
Популярные
По порядку
Написать комментарий...
119

Заголовок вводит в заблуждение, снимать со скоростью света нельзя. В таких опытах светят несколько раз и несколько раз все это снимают. Из полученных результатов делают анимацию, которая показывает как свет летит. Но в разных кадрах разные дубли.

Ответить
1

я конечно не физик, но что значит снимать со скоростью света нельзя? Кто ж вам запрещает? Другое дело, что все это добро надо успеть сохранить, поэтому ролики с такой частотой кадров очень короткие.

Ответить
6

Видимо речь о том что нужно как-то успевать снимать изображение с матрицы, а это там скорость тоже ограничена и ниже скорости света. Поэтому скорее всего действительно снимать распространение света физически нельзя

Ответить
8

Поэтому скорее всего действительно снимать распространение света физически нельзя

Не "скорее всего", а точно

Ответить
–2

Не "точно", а зависит от среды распространения и угла. Если вектор скорости света почти ортогонален плоскости затвора, а свет распространяется в кристалле, то проекция его скорости значительно меньше скорости света. Но для таких экспериментов нужна длинная установка.

Ответить
0

Мне стоит объяснить понятие проекция скорости? Если считаете, что я ошибаюсь, выскажитесь конкретнее - не картинкой.

Ответить
0

Объясняю позицию. Если вектор скорости пучка фотонов направлен параллельно матрице камеру - задача сложна. Но! Представьте, что пучок летит "почти сонаправленно" с направлением оси камеры (от наблюдателя). Его проекция будет перемещаться со скоростью с*sin(a), где а - угол между осью камеры и вектором скорости пучка. Чтобы скорость проекции получилась 1 м/с, нужно задать угол, удовлетворяющий sin(a)=1/c.

Это только скорость проекции, реальные же рассеянные фотоны будут приходить со всё более далёких расстояний (исходный пучок же летит почти от нас), что ещё сильнее замедлит передвижение изображения "подсвеченного газа" по матрице.

Скорость света зависит от среды. Если подобрать кристалл, в котором коэффициент преломления значительно больше, скорость распространения световой волны будет меньше. Если в кристалле есть вкрапления рассеивающих частиц, а наш пучок достаточно широк, то проблемой становится уже не демонстрация скорости света с обычной скоростью затвора, а выделение места под эксперимент (где найти такую прямую, чтобы в ней была рассеивающая среда, и чтобы в неё не входили посторонние объекты). Проблема упирается в техническую реализацию, но не в фундаментальные ограничения.

Ответить
0

А ведь парнишка дело говорит, зря минусуете. Хотя о чём я, это же TJ...

Ответить
0

Точно нельзя, т.к. что фиксирующая аппаратура должна работать со скоростью света, а это невозможно, т.к. со скоростью света распространяется только свет в вакууме.

Ответить
0

Во первых, в съемочной аппаратуре важна частота, "работать со скоростью света" - уже некорректная фраза. Во-вторых, вы прочли моё объяснение про проекции? Я предложил технически нереализуемый из-за размеров установки (хотя в этом я не уверен), но физически not restricted эксперимент, чтобы создать анимацию одного пучка *в проекции*.

Ответить
–2

Длинная, как твоя мозга.

Ответить
0

Ты сам спросил и сам ответил на свой вопрос

Ответить
3

Расшифрую скептикам про возможно или нет:
подробностей эксперимента не знаю, но времена логичные
299792458(м/с)/1000/1000/1000(с) ~ 30см

Другое дело что как в одной точке сделать смену кадров для фиксации или же работы транзисторов на такой частоте(10пс)- это очевидно не возможно. Возможно снимать с разных ракурсов с пропорциональными их числу задержками.

Тут же ракурс один, т.е. дело в том что снимали покадрово очень много раз...

Ответить

Административный корабль

Danya
0

Это в данной работе так или в других? Задался этим вопросом но честно говоря не понял что там написано. Смутно по описанию возникло ощущение что тут как раз один импульс

Ответить

Административный корабль

Административный
4

а, не 
“The camera operates in gated mode, [meaning] a very fast electronic shutter of 3.8 nanoseconds is used to capture the light as it propagates,” Charbon told Digital Trends. “Subsequent laser pulses are used, opening the shutter with increasing delay, so as to follow the propagation along its path. Thanks to the large number of pixels and the fast shutter, one can see the light propagation in multiple shots without moving the camera and without superposing the images to images taken with other cameras. Everything is done on MegaX.”

Ответить
1

Барнаул. Школьный курс физики

Ответить
–3

Круто! В Барнауле наверное много живёт нобелевских лауреатов по физике?

Ответить
–2

Вообще то можно снимать со скоростью света даже обычной камерой, если свет летит от солнца до Плутона. 
Более того, можно сделать объект движущийся со скоростью света, это солнечный зайчик.

Ответить
0

Солнечный зайчик не объект, а изображение.

Ответить
0

А солнечный зайчик греет ? Или только светит?

Ответить
0

Ваше отражение в зеркале мыслит или только притворяется?

Я считаю вопросы структурно похожими, так как зайчик - рассеянное отражение луча.
Греет зайчик поверхность, на которой я его вижу? Нет, само явление возникает после столкновения фотонов с объектом. Зайчик - следствие. Греет ли зайчик меня - наблюдателя? Сложный вопрос. Меня греет та совокупность фотонов, которая пришла, но эта совокупность фотонов (луч) зайчиком не считается, зайчиком обычно называют то, что находится на видимой поверхности (НО ТАМ НИЧЕГО НЕТ). Да и этот процесс распознавания происходит в мозге после попадания фотонов на сетчатку.

Ответить
0

ОБЪЕКТ, -а; м. [от лат. objectum - предметный]
1. Филос. То, что существует вне нас и независимо от нас; внешний мир, действительность, на которые направлена предметно-практическая и познавательная деятельность субъекта. Мир объектов. О. в себе.
2. Явление, предмет, лицо, на которое направлена чья-л. деятельность, чьё-л. внимание и т.п. О. наблюдений. О. изучения. Неопознанный летающий о. О. морского промысла. Вести наблюдение за объектом. Человек не должен быть объектом эксплуатации. Избрал объектом для постоянных шуток безобидного парня. 

Ответить
0

Я пользуюсь первым определением. Зайчик не существует без камеры/глаза. Существуют фотоны как объекты, но они отражаются во всех направлениях (формируя сферу), и их объединение зайчиком не является, так как фотоны перемещаются в пространстве, а зайчик визуально "по поверхности".

Ответить
0

И хотя по поводу зайчика мы не согласны, я согласен с первой частью комментария. Если бы пространство от Солнца до Плутона было бы заполнено рассеивающей средой, а Солнце было однонаправленным управляемым(вкл/выкл) лазером, а угол обзора камеры достаточно широк, то демонстрация бы удалась. Но нужно учесть, что разные точки такого длинного пути разноудалены от камеры, и ограниченность скорости света сделает фильм неравномерным.

Ответить
61

снято на новый флагман сяоми?

Ответить
67

топ за свои деньги

Ответить
0

Уже не топ.
Поищи в инете realme 6.
P.s. я понимаю, что это была шутка, но мифы надо развенчивать )

Ответить
–3

к сожалению, каким бы распиздатым телефоном китаец ни был, если внутри него ведроид, то это по умолчанию шляпа

Ответить
12

нет конечно, обычная сяомиевская звонилка

Ответить
9

Когда накатил новую гуглкамеру на свой старенький нексус 5

Ответить

Человеческий супер_стар

Taktischer
0

Это скорее к хуавею. Они любители снимать черные дыры на телефон.

Ответить
29

Не сняли, а реконструировали.

Ответить
11

Жалкая имитация восприятия под накуркой

Ответить
2

Стонер любишь небось?

Ответить
1

Я люблю.

Ответить
1

Ты либо ни разу в жизни не курил траву, либо ты куришь не траву )

Ответить
0

Хахаха

Ответить

Законодательный чувак

pedobear
1

Гы, что ты там такое куреш и мне отсыпь)))))))))

Ответить
0

Скорее, под лизером каким-нибудь даже

Ответить

Ничтожный парфюмер

0

Свет движется со скоростью света ,а значит время ровно 0, снять такое невозможно. Шах и мат аметисты

Ответить
10

Свет движется со скоростью света только в вакууме, в противном случае фотон сталкивается с преломлением среды, что замедляет скорость его движения

Ответить
27

Пацаны, вы все не правы. Двигаясь в среде, волновая функция фотона по прежнему эволюционирует со скоростью света. Однако при этом фотон переходит в суперпозиционное состояние, описывающее сценарии, при котором он поглотился атомом и тут же испустился, и при котором он пролетел мимо. Интерференция волновых функций обоих этих сценариев вносит задержку, что выражается в уменьшении групповой скорости.

Ответить
15

Всё понятно, спасибо!

Ответить
0

Забыл добавить, что результат суперпозиции принято считать квазичастицей, которая называется поляритон. Поэтому выражение "фотон в среде" это жаргонизм, правильнее говорить про поляритон.

Ответить
0

выходит че фотон перестает быть фотоном после столкновения со средой, атомом там и проч хуемое? по сути уже новая частица со своей скоростью чтоле или их 2 ? 

Ответить
0

выходит че фотон перестает быть фотоном после столкновения со средой

Да, фотон превращается в поляритон. У него меняется длина волны, усложняется связь энергия-импульс и в ряде случаев появляется небольшая эффективная масса. Только не стоит воспринимать это превращение слишком уж драматично. Квазичастицы на то и квази-, что они суть некое приближение к частицам, некая условность, которая делает работу физиков проще.

О чём идёт речь? В случае фотона в среде у нас есть выбор: или рассматривать вклад в суперпозицию (по сути, в некую сумму, см комментарий выше) от каждого из миллиардов миллиардов атомов, которые встречаются у него на пути, или, если атомы встречаются более или менее равномерно, включить эти взаимодействия в структуру самого фотона, таким образом превратив его в поляритон (физики говорят, что фотон при этом "одевается" средой). Второй способ, очевидно, предпочтительнее - мы можем в принципе забыть про существование среды, и изучать все остальные процессы уже с поляритоном. Учёт влияния среды при этом происходит автоматически.

Это не какая-то экзотика. Квазичастицы как метод исследования встречается в физике повсеместно, и их едва ли не больше, чем фундаментальных частиц.

Ответить
0

надеюсь всю эту хрень как то увяжут со старой доброй ньютоновской механикой, а то пока теория струн звучит еще более экзотично чем квантовая физика

Ответить
0

Дык всё и так увязано: ньютоновская механика частный случай квантовой

Ответить
0

хорошо, но тогда как быть со всеми этими черными дырами темной материей и энергией и прочими вещами из за которых часто слышатся что нужна новая физика ибо старая и так не смогла проквантовать грав. взаимодействие (гравитона то нету итд) и вообще есть скалярное поле энергия вакуума и как то тут уже квантовая механика не особо работает
(и вообще зачем тогда "теория всего" и если все круто на уровне квантов)
в конечном счете в нашем макромире заметнее всего именно гравитационное взаимодействие)

Ответить
1

Всё верно, мы имеем проблемы как со стыковкой квантовой механики и гравитации, так и с проблемой бесконечных нулевых колебаний вакуума.

Что касается первой проблемы, то её пытаются решить теории типа теории струн, но пока безуспешно. Однако реальность оказалась так устроена, что гравитация и квантовые законы действуют на очень далёких друг от друга масштабах и нигде существенно не пересекаются. Последнее означает, что пока нет такого физического процесса или явления, в котором гравитационные эффекты и квантовые эффекты были бы одного порядка. То есть отсутствие Теории всего вроде бы пока не мешает нам жить.

Со второй проблемой сложнее. Её не смогли решить, но смогли обойти. Это такой костыль, который очень волновал физиков середины 20 века, и который совершенно не парит физиков 21 века, потому что все и так работает.

В вопросе же, касаемом отношений классической и квантовой механик, белых пятен больше нет. Мы можем вывести уравнения первой из уравнений второй в частном случае, а точнее уравнение Ньютона из уравнения Шрёдингера. Так что тут всё пучком.

А, ну да, есть ещё чисто космологические проблемы типа тёмной энергии и тд. Они пока никак не связаны с квантовой теорией. Во всяком случае, пока нет свидетельств того, что отгадку искать надо там. Хотя всё возможно.

Ответить
0

Подождите, насколько я понимаю вопрос у него "превращается ли в другую частицу". Квазичастица это все таки не совсем настоящий объект. Фотон остается фотоном и взаимодействует со средой, а вот из совокупности этих взаимодействий нам проще выделить "квазичастицы", как с дыркой в электронно-дырочной проводимости.

Ответить
0

Всё верно, я так ему и расписал. Аналогия здесь такая: сухой человек заходя в воду превращается в мокрого человека. В быту слово "превращается" порой режет слух, но в физике так говорить нормально. 

Ответить
0

Свет это частица
Точка. 
Ещё раз упомянете поток фотонов как волну - сообщу в нужные органы (почки, печень и колени) 
Спасибо 

Ответить
5

Свет это обращение к Светлане
Запятая,

Ответить

Вечерний кофе

Marat
1

Проклятый корпускулярно-волновой дуализм!

Ответить
0

Между прочим, приснопамятгый дуализм существует только в классической парадигме. В квантовой картине мира его нет

Ответить

Вечерний кофе

Marat
0

Почему?

Ответить
5

Чтобы правильно ответить на этот вопрос, надо рассуждать от противного. Почему дуализм есть в классической физике? Потому что эксперимент противоречит её базовым постулатам (слово "дуализм" несёт в себе оттенок нестыкуемости). Квантовая механика же, её аксиоматические основы, построены так, что никакого противоречия не возникает в принципе, а потому нет дуализма.

Иными словами, корпускулярно-волновой дуализм - это бытовое понятие. Оно до сих пор в ходу потому, что в обычной жизни мы не сталкиваемся с квантовыми эффектами, и потому со школы так проще это людям объяснить.

Ответить
0

Распространение света в среде же описывается только с волновой точки зрения? А не с точки зрения что свет это поток фотонов

Ответить
1

Это иллюзия, вызванная исключительно пробелами в программе преподавания физики. Посудите сами: если квантовая физика включает в себя классическую, то квантовое описание показателя преломления тоже должно быть. И он на самом деле возникает в квантах именно так, как я описал выше, но это почему-то нигде не рассказывают.

Примечательно, что математически этот подход дословно повторяет классическую теорию дисперсии, описанную в любом курсе оптики, если заменить волновую функцию на напряжённость поля. Это и не удивительно: ведь волновой функцией фотона служит 4-вектор А, а напряжененность Е - это лишь его производная по времени.

Вообще, об этом мало кто задумывается, но классическая оптика - это по сути и есть квантовая механика фотонов, ведь уравнение Клебша Гордона идентично уравнению на потенциал А. Весь вопрос лишь в интерпретации. В учебниках по квантовой электродинамике об этом говорится вскользь, но потом повествование уходит в область теории поля, а что там с привычной оптикой - догадайтесь, мол, сами.

Таким образом, вы можете взять любой феномен классической оптики, и сразу начать понимать его с квантовых представлений. Более того, вы легко можете найти аналоги для электроннов: опыт Юнга, дифрация Брегга и тд и тп.

Ответить
0

Спасибо. А то мне преподаватель говорил что какие то феномены в физике можно понимать исключительно с корпускулярных представлений, а какие то исключительно с волновых.

Ответить
0

Увы, с квантовой парадигмой до сих пор всё плохо у большинства физиков. Сужу хотя бы по программам курсов по квантовой механике серьёзных университетов, в том числе западных. Так что ничего удивительного.

Ответить
0

А такой вопрос, что посоветуете почитать для лучшего понимания тензоров и того как с ними работать?

Ответить
0

Думаю, любого курса вектлрного и тензорного анализа должно быть достаточно. Однако применительно к физике советую особо не закапываться, ведь в 99% случаев тензор - это просто матрица.

Ответить
0

Но как тогда быть со 'световой мельницей' и радугой одновременно?

Ответить
1

А в чём, собственно, проблема? 

Ответить

Опытный коктейль

Ничтожный
5

Свет движется со скоростью света, а значит курица не птица. Шах и мат феминистки.

Ответить
4

Свет движется со скоростью света только в вакууме, в противном случае я у вас не брал никаких кредитов. Шах и мат, сбербанк.

Ответить

Питерский браслет

7

Шустрый пидрила.

Ответить
5

А в чем прикол, в mit такой опыт лет 10 назад провели уже

Ответить
1

Я как-то иначе себе это представлял...

Ответить
7

А я именно так и представлял

Ответить
2

закрывается с частотой 3,8 наносекунды

Ого, частота нынче в секундах, а не герцах, измеряется.

Ответить
2

Действительно, Автор, исправь на "период".

Ответить
2

Ой блин, да как будто я не знал как свет отражается от зеркал!?!?

Ответить
–2

Прежде всего: свет имеет дуальную (корпускулярно-волновую) природу. Продолжать или ну его нах?

Ответить
4

Повыебывался, и хватит

Ответить

Прямой яд

–1

Хуле вы пиздите свет это волна

Ответить
2

Пошел на хуй, свет это частица!

Ответить

Прямой яд

Alex
3

Попався

Ответить

Прямой яд

Alex
0
Ответить
3

А, так ты не шутил...

Ответить
0

Ничего не понял, вот в каждой позиции этот пучок летит из точки А в точку Б, но на самом деле он летит по все стороны в том числе на матрицу, а она стоит судя по видосы на расстоянии в один метр. То есть если этот пучок пролетел только один сантиметр между зеркалами, то почему он смог при этом долететь до матрицы?

Свет же не кусок материи, вроде струи воды, за которой мы может наблюдать благодаря отраженному свету?

Ответить
2

Короче поясню, вот пучок пустили, быстро открыли затвор на лампе и закрыли. Фотоны полетели во все стороны из-за отражения от атмосферы, в ваккуме они были бы не видны же.

То есть грубо говоря мы видим не сам пучок, а его результаты столкновения с молекулами газов, которые доходят до камеры с запозданием. То есть отразившись от молекулы часть пучка летит дальше, а часть летит на матрицу камеры?

Ответить
2

Каждый отдельный кадр - это заново произведенный импульс лазера в тех же условиях, но слегка смещённое время съемки. За время между импульсами "прямой импульс" уже улетел (нет, он не один сантиметр пролетел и ждал следующего затвора камеры, а просто ушёл навсегда), "попавший в камеру" уже зарегистрирован.

Ответить
0

Да, довольно очевидно же.

Ответить
0

Ок, я прочел статью.
Скорость камеры 10^8 кадров/с
Съёмку ведут 15-30с. Соответственно это не видео одного пучка.
То что в посте это реально снято, а не рендер. Дальше они из этого видео делают 3д модель полета света во времени (4 оси: 3 координаты и время).

Ответить
0

Что довольно странно так это то что при смене направления имеет место разная степень уловления камерой этого потока частиц. Понятно что с каждом отражением имеем падение количества частиц в пучке но на последних отражениях засвет их на кадре становится лучше.

Ответить
2

Этот "поток" видно только за счет того, что он рассеивается на какой-то взвеси мелких частиц в воздухе (типа дыма или, допустим, пара). Поэтому чем меньше угол между лучом и направлением взгляда - тем ярче этот луч будет виден.

Ответить
0

Если угол между наблюдателем и пучком будет 90 градусов то свет для нас исчезнет я так понимаю?

Ответить
0

Нет, все еще будет, только минимально заметный. Но это все без вникания в детали того, на чем он рассеивается. Если предположить, что рассеивается равномерно во все стороны, то "яркость" луча тем больше, чем больше таких освещенных частичек на линии взгляда. Логично, что, глядя вдоль луча, на линии взгляда их будет больше, чем есть смотреть поперек.

Ответить
1

Чтобы снять один и тот же поток фотонов на длине 1м, надо иметь частоту кадров 600,000/с (две скорости). Это компиляция из разных.

Ответить
0

Я понимаю, но странно ведь это должна была быть одна камера при одних и тех же внешних условиях.

Ответить
0

Сейчас перечитал, у них 10^8 кадров/с

Ответить
–2

И в чём тут научность эксперимента? Показать, что свет это волна и частица одновременно, которые ещё и преломляются и отражаются при контакте со средой? Ну охуеть теперь.

Ответить
0

Свет можно увидеть, только если он попадает в глаз/камеру. Если на видео/кадре виден "луч света", значит от этого луча исходит еще один луч - в камеру. Как от луча может исходить луч (в другую сторону от направления исходного луча)? Видимо, исходит отраженный луч. Отраженный от пылинок в воздухе. Луч может осветить пылинки и отразиться в разных направлениях, в том числе и в камеру/глаз. Кучу кадров, как луч освещает пылинку за пылинкой действительно можно снять даже одной камерой, если пускать этот луч столько раз, сколько нужно сделать кадров и делать паузу от выпуска луча до снимка все дольше на доли наносекунды

Ответить
0

Всегда казалось что скорость света это нечто невьебенное но даже по меркам солнечной системы скорость света на самом деле так себе - 3 минуты только до марса, чего уж там говорить о полноценном покорении космоса.

Ответить
0

Скорость света очень мала

Ответить
–4

Пучок света, ну и хуле это нам даёт в дальнейшем? А я скажу что: какой нибудь мудак придумает теорию которую будут пытаться опровергнуть другие. Сука лучше бы бошки в унитаз засунули и спускали воду пока не захлебнулись

Ответить
Обсуждаемое
Новости
Госдеп США выпустил доклад об «экосистеме российской пропаганды» и поделил её на пять «основ»
От официальных заявлений российских политиков до материалов государственных СМИ.
Технологии
Наушники в виде «бобов», обновление складного Galaxy Fold и новые Note 20: что показала Samsung на Unpacked 2020
Все подробности об устройствах появились в сети ещё накануне презентации.
Новости
Активисты в Новосибирске пожалуются на студента, вывесившего радужный флаг в окне общежития НГТУ
Они пообещали написать письмо в прокуратуру и вуз.
Популярное за три дня
Разборы
«Вот и дохранились»: рассказ капитана корабля, перевозившего взорвавшуюся селитру, о том, как она попала в порт Бейрута
Судно арестовали в порту из-за неоплаченных штрафов и по закону не должны были пускать в Ливан из-за опасности груза.
Истории
(16+) Почему корейцы не любят Японию. История
В связи с появлением на ТЖ людей с прояпонскими взглядами мы считаем необходимым рассказать о причинах натянутых отношений между этими двумя странами с точки зрения корейцев.
Новости
«Я ничего не помню»: Ефремов в суде не признал вину в ДТП
Его защита предупредила о возможной фальсификации доказательств потерпевшей стороной.

Комментарии