每秒1亿帧的高速摄像机能拍到光的运动轨迹 [复制链接]

本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。

真空中的光子捕捉不了，不过介质中的光线运行轨迹可以拍摄到。注意，是光线，不是光子，光子的轨迹依然捕捉不了。

这是科学家通过能捕捉单光子的高速摄像机记录的激光脉冲经过空气时的路径轨迹，注意，是经过空气！

为什么一定要经过介质呢？为什么我说是光线不是光子呢？因为传播中的光子我们是看不到的，也没有办法看到，这些被拍到的光子都是出轨的光子，也就是都是脱离了路径轨迹的光子。因为只有那些被空气散射的光子，才有可能被高速摄像机捕捉到并记录下来，那些沿着路径传播的光子是一往无前的，根本拍不到。

如果你认真看了我前面说的你可能会问为什么我刚才说这高速摄像机能捕捉单光子呢？这是因为高速摄像机的感光元件要足够灵敏，才能在如此高的帧率下工作，因为在每秒上亿的帧率下，画面是很暗的，比如我们平常看到的视频是每秒25帧，那么在每秒1亿帧的高速摄像下，每帧的画面将比正常画面暗万倍……

我做了个对比图你感受一下，随便调低了一下亮度而已，远没有万倍那么夸张……

万倍这意味着什么？我想不出别的来形容，以星空来举例吧，天文里所说的视星等，从1等星到肉眼识别极限6等星，亮度相差倍。每一个星等相差2.倍，这样，我们可以计算到万倍大约相差16.5个星等。

相差16.5个视星等相当于什么样呢？大约相当于你看满月时候的月亮与能同时看到的最暗的星星的亮度差。

那些在高速摄像机下拍摄到的光线轨迹实际上都是激光束打到介质中的原子后被散射的结果，在真空中，由于不存在可以散射光束的原子，因此在真空运动的光束并不能拍到。

这里有一个很好的例子，就是天文观测中常用的指星笔，你会看到网上一些很奇怪的天文观测照片，一束激光射向天空某处，突然就断了。那就是因为那里再往上没有足够多能散射这束激光的原子了。因此天文爱好者可以利用这个特性，用指星笔定位一些很难在望远镜里找到的天体。

如果你有抽真空设备，可以试试买支指星笔看看抽调真空的玻璃瓶有没有激光光线，当然就算没有抽真空的条件，你也可以买来射一下星，也许是一种有趣的体验。