他們拍下了光的慢動作，可能會刷新你的世界觀

本文由公眾號 「把科學帶回家」 提供

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。

就像來到房間里打開一盞燈的時候，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。

一起來看看，用飛秒攝影技術拍攝到的光影運動影像。

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

現在用這道激光子彈去射這個可樂瓶，我們會看到什麼呢？

更精緻的畫面——

飛秒攝影技術1_騰訊視頻

@ MIT Media Lab』s Camera Culture group

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 提示，當他的團隊仔細地查看瓶口的光形成的波紋的時候，發現這些漣漪正在離我們遠去。這不太對啊，光線不是應該朝著我們前進嗎？

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。

愛因斯坦會愛上這種攝影技術的。

再看一看，用飛秒攝影技術拍攝的靜物。

更精緻的畫面——

飛秒攝影技術-番茄_騰訊視頻

@ MIT Media Lab』s Camera Culture group

你可以明顯地觀察到，光就像水面的波紋一樣划過番茄和後面的白色布景。

這就是光給萬物「上色」的方式。

如果你觀察得更仔細，你就會看到在光線穿越之後，它還在發光，這是因為熟番茄允許光線透入，而透入的光線可以在熟番茄內部不斷彈射的緣故。Raskar 說，未來，我們或許就可以用這種方法，判斷蔬果是否成熟。

當然了，有些攝影技術基本知識的人會注意到，光子的數量越少，拍出來的圖像就越暗，他們怎麼能拍到這麼清晰的圖像的呢？

其實，飛秒攝影技術是 Raskar 的團隊用幾百束相同的光線以相同的間隔重複拍攝，最後才得到的合成圖。

很顯然，有了飛秒攝影技術，光不再能「唯快不破」，我們也實現了看清光的運動的夢想。但這就是飛秒攝影技術的全部能量了嗎？

故事遠沒有結束。

Raskar 的團隊利用這種技術，還創造了看穿牆背後物體的技術。

實際上，一束激光進入房間後會散射開來，最後其中的一些會回到攝像頭裡。因為經歷的路程不同，光線到達攝像頭的時間有差異，利用這些差異，就可以反推它們經歷的距離，進而計算出門後有什麼。這就好比不用X光就看透一個人的身體。

下面就是用他們的這種「透視眼」技術看到的門後的物體形態——

詳細原理的視頻——

MIT看穿牆背後物體_騰訊視頻

@ MIT Media Lab』s Camera Culture group

有了這種技術，在視線之外的人也無所遁形。想想看，這種技術的應用前景有多麼廣闊，比如在轉彎前看清楚轉角後面是否有車，在無法進入的災難現場搜尋倖存者，也可以在沒有物理接觸的情況下進行無痛的腸道內窺鏡檢查。

這些人，讓光和我們更親近了。

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