2 милиарда FPS в гаража: ютубърът AlphaPhoenix е сглобил камера, която вижда как светлината „пълзи“ (видео)

Блогърът е създал платформа, която заснема 2 милиарда кадъра в секунда и показва как лъчът преминава през въздуха.

Ютубърът Брайън Хайдет, известен като AlphaPhoenix, е построил в гаража си камера, която заснема 2 млрд. кадъра в секунда. Тази скорост позволява буквално да се види движението на светлината във въздуха. На 17-ти октомври той публикува видеоклип с резултатите, на който светлинните лъчи преминават сякаш на забавен каданс. Това, което преди оставаше само теория, сега стана видимо на екрана – скоростта на светлината е около един фут за наносекунда, което е около 30 сантиметра.

Конфигурацията работи по следния начин. Мощен лазер преминава през гаража, отразява се от огледало, минава многократно между успоредни огледала и попада в стената. Във въздуха се добавя мъгла, чиито микрочастици разсейват лъча и камерата вижда светлинната следа.

При тази скорост лъчът се превръща в хипнотизиращо зрелище, което изглежда почти фантастично. Позицията на камерата променя възприятието. Ако я поставите зад лазера, излизащият лъч сякаш пълзи, докато отразеният лъч се връща почти мигновено. Физиката не е нарушена. Светлината, разпръсната от частиците, които са по-близо до камерата, достига до сензора по-рано, отколкото светлината от частиците, които са по-далеч. Ако преместите камерата от другата страна на гаража, ефектът се обръща, далечната страна изглежда мигновена, а близката – забавена.

Преди това, през 2024 г., Хайдет изграждаше система за 1 милиард кадъра в секунда. За да достигне новата граница, той е трябвало да изгради всичко наново от нулата. Той вложил по-прецизни двигатели, подсилил оптиката за острота и пренаписал софтуера, за да обработва огромните количества данни в реално време. Това е дало възможност да се заснеме движението на светлината по начин, който досега е бил възможен само на скъпи научни платформи.

Пълният кадър с 2 милиарда кадъра в секунда не е възможен с конвенционалните методи. Авторът е поел по различен път. Малко огледало, окачено на кардан, „маркира“ лазера върху една свръхчувствителна матрица. Всяко преминаване дава един пиксел, след което тези точки се добавят към изображението. Методът е бавен, но много точен, всъщност това е симулация на многомилионна камера, в която хиляди сензори работят синхронно. За да осигури стабилност, той заменя любителските сервозадвижвания с устройства с високоточни енкодери и ремъчно задвижване, което позволява позицията на огледалото да се контролира с части от градуса.

Електрониката тук е също толкова важна. Фотонният умножител преобразува квантите светлина в електрически сигнал. След това той се изпраща по коаксиален кабел до осцилоскоп, който дискретизира данните с 2 милиарда проби в секунда. За да намали шума, Хайдет стига до идеята да подаде сигнала от фотонния мултипликатор и синхронизиращия импулс през един и същи кабел, като времето на пристигане е разделено, така че инструментите да ги отчитат поотделно. В резултат на това оптиката, електрониката и софтуерът работят като единна система, създавайки убедителната илюзия за „пълни“ кадри при рекордни скорости.