Bu YouTube İçerik Oluşturucusu, Hareketli Işığı Çekmek İçin Büyük Bir Laboratuvara İhtiyacınız Olmadığını Gösteren Bir Kamera Geliştirdi

Garajında ​​çalışan bir YouTube içerik oluşturucusu, normalde yalnızca büyük araştırma tesislerinde bulunan bir şeyi tasarladı: ışık hızında hareket eden bir lazer ışınını filme alabilen bir kamera.

Malzeme bilimcisi Brian Haidet, teknik başarısını akademik bir dergide veya basın bülteninde duyurmak yerine, eserini YouTube kanalında herkese açık olarak yayınladı. AlphaPhoenix. Tarihsel olarak, “uçuşta ışık” gösterileri, saniyede bir trilyon kare deneyi de dahil olmak üzere, neredeyse yalnızca özel laboratuvarlarda gerçekleştiriliyordu. 2011'de MIT'de.

Bu deneyde, hareket halindeki ışığı yakalamak, kontrollü bir laboratuvar ortamında çizgi kameralar ve femtosaniye lazerler gerektiriyordu. Daha sonra sonuçlar kamuoyuna açıklandı. bir MIT Haber makalesi ve teknolojiyi "ışığın yavaş görünmesini sağlayan bir görüntüleme sistemi" olarak çerçeveleyen basın malzemeleri.

Kamuya açık sürüm elbette sistemin kurulmasına yönelik deneme-yanılma sürecini ortaya çıkarmadı. Buna karşın, Haidet'in garajındaki son çalışmaları bu yelpazenin diğer ucunda yer alıyor. Garajındaki hazır parçaları ve açık kaynaklı araçları kullanarak, ışık hızını kavramsal olarak MIT sonuçlarına yakın bir şekilde yakalıyor.

Videoda Haidet, ev yapımı kurulumunun nasıl tek seferde tam bir video çekemediğini açıklıyor. Bunun yerine, uzaydaki tek bir noktayı aynı anda ölçerek olayı kaydeder. Haidet'in kamerası, aynı lazer darbesini tekrar tekrar ateşleyerek, ışığın mercekten geçmesi için geçen süreyi ölçerek ve ardından bir sonraki geçen darbeyi yakalamak için görüş hattını küçük artışlarla kaydırarak hareketi yakalıyor.

Haidet'in düzeni, kamerayı ışının yolu boyunca her seferinde tek bir piksel hareket ettirerek, ışığın her noktaya yarım nanosaniyelik artışlarla ulaştığı zamanı ölçebiliyor; Bu nedenle yeniden oluşturulan video, zaman çözünürlüğü saniyede 2 milyar zamansal örnekleme oranında olmasına rağmen ışığın yavaş çekimde hareket ettiğini gösteriyor.

Montajı tamamlanan video, düz bir çizgi gibi görünmeyen, ancak iki sabit ayna arasında sekmeden önce Haidet'in garajı boyunca uzanan görünür bir parlak parça zinciri şeklinde görünen bir lazer ışınını açıkça gösteriyor. İnce bir sis ışığı dağıtarak, darbe kare başına yaklaşık 6 inç ilerlerken kameranın algılayabileceği bir şey sağlar.

Kameranın konumunu (örneğin lazerin arkasına) kaydırırken, uzaklaşan ışık sürünüyormuş gibi görünürken, kameraya geri dönen ışık hızlanıyormuş gibi görünür ve gerçek hızı hiçbir zaman değişmese bile ışının hızlandığı veya yavaşladığı yanılsamasını yaratır.

Haidet videoda "Herhangi bir referans çerçevesindeki ışık asla bu hızdan daha hızlı veya daha yavaş hareket etmeyecektir" diyor. Bunun yerine izleyiciler mesafenin rolünü görüyor: Uzak noktalardan gelen ışığın kameraya ulaşması, yakındaki noktalardan gelen ışığa göre daha uzun sürüyor. Aşırı kare hızında bu gecikmeler görünür hale gelir.

Haidet, videoda ışığın neden yavaşlayıp hızlandığını açıklamak için izleyicilere cihazın yerleşik gecikmelerini anlatıyor. Sistem, lazerin yolculuğundaki bir anı kaydettiğinde, daha sonraki anlar zaten donanımın yarısına ulaşmış oluyor. Cep telefonlarında bulunana benzer bir kamerada, ışık bir nesneden yansıdığında merceğe girer ve sensör, ışık ve gölgeleri tek bir ana pozlamada birleştirerek bunu kaydeder.

Ancak saniyede 2 milyar örnekle bu yanılsama bozuldu ve kamera artık yalnızca resim çekmiyor; ışığın seyahat süresini kaydediyor.

Kameraya giren ışığın "sadece kamerada hareket etmesi için dört karelik video süresine ihtiyaç duyduğunu" söylüyor. Bu ölçekte 'kareler' aslında saniyede milyarlarca kez örneklenen zaman ölçümleridir. Fotoçoğaltıcı tüpün (tek bir ışık fotonunu tespit edebilen ve bunu bir kameranın veya cihazın ölçebileceği kadar güçlü bir elektrik sinyaline dönüştürebilen bir cihaz) içindeki sinyal, 22 nanosaniye daha ekler.

Kabloda, farklı noktalarda küçük voltaj dalgaları olarak görünen "57 karelik videonun bilgisi bu kameradan aynı anda geçiyor". Haidet şöyle açıklıyor: "Zamanı dondurup bu tele bakarsanız, elektronların hışırtısını... elektrik hızında farklı video kareleri görürsünüz." Bu anlamda, son çekimde yakalanan her piksel, ışığın geçmişindeki bir ana bakıştır.

Temel olarak Haidet'in videosu, bu tür sonuçları elde etmek için hassas optiklere, özel laboratuvarlara ve yüzbinlerce dolara mal olan çizgi kameralara ihtiyaç duyduğunuz varsayımına meydan okuyarak gelişmiş görüntülemeye erişimi genişletiyor.

Bunu yaparken, Haidet'in yapısı, bilimi basitleştirerek değil, aynı zamanda mekanik ustalığı paylaşarak ve bunun sonucunda şeffaflığı da artırarak, bir zamanlar büyük araştırma tesisleriyle sınırlı olan bir deney sınıfını kamusal Kendin Yap kültürüne açıyor. Kamerası yalnızca ışık hızını yavaşlatmıyor; elit araştırma tesisleri ile halkın erişimi arasındaki mesafeyi daraltıyor.

Genel olarak, Haidet'in videosu, içerik oluşturucuların çağında bilimsel yaratıcılığın nasıl yayılabileceğinin, akademik dergileri ve basın ofislerini atlatarak doğrudan içerik oluşturucudan YouTube'a ve bir zamanlar büyük araştırma tesislerinde yaşamış bir deney sınıfının diğer yapımcılara ulaşabileceği, kopyalamaya ilham verebileceği ve geleneksel olarak dahil edilmemiş olabilecek insanlar arasında bilimsel merakı artırabileceği küresel bir izleyici kitlesine nasıl yayılabileceğinin bir örneğidir.

Marie Nicola bir gazeteci, popüler kültür tarihçisi ve araştırmacı araştırmaları kültür, teknoloji ve tarihin kesişimini araştıran eski CBC Kıdemli Yapımcısıdır. Globe and Mail'e katkıda bulundu, Reddit ile işbirliği yaptı ve TrendHunter'da yayın ve dijital yayıncılık alanında ilk yenilikçilerden biri olarak yer aldı. Onu X'te takip et @karmacakedotca.