physħ — физика и космос

Пара пояснений. Во-первых, «сфотографировать свет», конечно, нельзя — сам по себе он не отражает световые лучи, и поэтому мы его видим только, когда он попадает нам в глаз. Чтобы увидеть свет «сбоку», его пропускают через туман, который рассеивает часть света, так что некоторое его количество попадает в объектив фотоаппарата — то есть видим мы не сам свет, а его «след» в тумане.

Во-вторых, не существует настолько быстрых затворов, чтобы делать последовательные снимки светового импульса, бегущего в воздухе, — для создания видео потребовалось бы делать снимки с частотой в терагерцы, в то время как современные сверхбыстрые камеры позволяют достичь только гигагерцев. Поэтому в реальности, чтобы получить видео, лазер стреляет много раз подряд одинаковыми импульсами, а фотоаппарат делает серию снимков с разной задержкой. То есть на каждом фото — разные лазерные импульсы. Более того, поскольку на самом деле рассевается мало света, то каждая фотография получается чересчур тёмной, и надо делать несколько фотографий в одном и том же положении.

Ну и наконец, надо сказать, что подобными вещами люди занимаются давно, и достижение конкретно этой работы в том, что удалось реконструировать движение импульса в трёхмерном пространстве — ранее удавалось отслеживать только двумерное движение, глядя на него сбоку. Проблема с визуализацией трёхмерного движения света в том, что сам свет и рассеянные фотоны, принимаемые камерой, двигаются с одной и той же скоростью, в результате полученные изображения сильно искажены из-за релятивистских эффектов. В частности, импульс, двигающийся на камеру, выглядит длиннее, чем двигающийся от неё. Учёным пришлось разработать специальный алгоритм, учитывающий этот эффект. Для людей с технически бекграундом: решалась нелинейная обратная задача с применением методов машинного обучения без учителя.

Для интересующихся ссылка на статью: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.011005

Physical Review X

Superluminal Motion-Assisted Four-Dimensional Light-in-Flight Imaging

Using a megapixel high-speed camera, researchers reconstructed the trajectory of a laser pulse in time and 3D space.

www.tgoop.com/physh/835

12.7K viewsedited  Jan 14, 2021 at 10:09

Пара пояснений. Во-первых, «сфотографировать свет», конечно, нельзя — сам по себе он не отражает световые лучи, и поэтому мы его видим только, когда он попадает нам в глаз. Чтобы увидеть свет «сбоку», его пропускают через туман, который рассеивает часть света, так что некоторое его количество попадает в объектив фотоаппарата — то есть видим мы не сам свет, а его «след» в тумане.

Во-вторых, не существует настолько быстрых затворов, чтобы делать последовательные снимки светового импульса, бегущего в воздухе, — для создания видео потребовалось бы делать снимки с частотой в терагерцы, в то время как современные сверхбыстрые камеры позволяют достичь только гигагерцев. Поэтому в реальности, чтобы получить видео, лазер стреляет много раз подряд одинаковыми импульсами, а фотоаппарат делает серию снимков с разной задержкой. То есть на каждом фото — разные лазерные импульсы. Более того, поскольку на самом деле рассевается мало света, то каждая фотография получается чересчур тёмной, и надо делать несколько фотографий в одном и том же положении.

Ну и наконец, надо сказать, что подобными вещами люди занимаются давно, и достижение конкретно этой работы в том, что удалось реконструировать движение импульса в трёхмерном пространстве — ранее удавалось отслеживать только двумерное движение, глядя на него сбоку. Проблема с визуализацией трёхмерного движения света в том, что сам свет и рассеянные фотоны, принимаемые камерой, двигаются с одной и той же скоростью, в результате полученные изображения сильно искажены из-за релятивистских эффектов. В частности, импульс, двигающийся на камеру, выглядит длиннее, чем двигающийся от неё. Учёным пришлось разработать специальный алгоритм, учитывающий этот эффект. Для людей с технически бекграундом: решалась нелинейная обратная задача с применением методов машинного обучения без учителя.

Для интересующихся ссылка на статью: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.011005

BY physħ — физика и космос