Youtuber sfilmował w garażu światło lasera w 2 miliardach klatek na sekundę

Współczynnik ilości klatek na sekundę (ang. frames per second - fps) to temat zajmujący zarówno widzów, jak i graczy. Przyjęło się, że filmy i seriale wyświetlane są w 24 klatkach na sekundę. Gdy obraz jest odświeżany częściej, tworzy się wrażenie taniości i amatorszczyzny - efekt Mody na sukces albo brazylijskich telenowel. Podobne wrażenia mieli także widzowie oglądający Hobbita w wersji wyświetlanej w 60 klatkach na sekundę. Nieraz zdarza się też, że w telewizorach włączona jest domyślnie funkcja dodawania klatek oparta na AI. Zapewnia ona bardziej płynny obraz, gdy sygnał źródłowy (np. transmisja meczu albo gra na konsoli) ma niższy fps.

I choć zbyt płynny obraz w filmach traktowany jest jako wada, to w grach komputerowych stanowi on pożądany element doświadczenia. Gracze są nieraz skłonni wydać tysiące złotych na sprzęt, który podniesie współczynnik fps w wymagających produkcjach. Są też technologie oparte na AI, które upłynniają obraz, wstawiając dodatkowe klatki, które nie są renderowane przez bardziej wymagający silnik gry. W zeszłym roku pisaliśmy o badaniu, z którego wynika, że człowiek widzi w około 60 klatkach na sekundę (chodzi o widzenie doświadczane w mózgu, czyli o częstotliwość interpretowanych sygnałów rejestrowanych przez oko). Współczynnik ten nie jest jednak stały i u niektórych osób lub w niektórych sytuacjach może wzrastać nawet do 300 fps-ów.

Mimo że nasze "wewnętrzne oko" prawdopodobnie nie renderuje obrazów z częstotliwością wyższą niż kilkadziesiąt ramek na sekundę (a przynajmniej tyle przenika do naszej świadomości), to istnieją kamery, które potrafią rejestrować obraz o wiele bardziej "zagęszczony". Nam przydaje się to do tego, by oglądać zjawiska w zwolnionym tempie. To tzw. kamery szybkoklatkowe, rejestrujące wiele tysięcy, milionów, a nawet bilionów klatek na sekundę. Pozwala to oglądać niezwykle szybko zachodzące zjawiska (np. lot pocisku wystrzelonego z broni palnej, eksplozje czy niektóre reakcje chemiczne) w tempie, w jakim jesteśmy w stanie je "przetrawić".

Jak wiadomo, najszybszym zjawiskiem we wszechświecie jest światło, czyli ruch fotonów. Prędkość światła w próżni wynosi 299,792,458 metrów na sekundę. Czy dzięki superszybkim kamerom można tak uchwycić ruch fotonów, by stał się wyraźnie widoczny dla ludzkiego oka, zamiast zlewać się w gęsty strumień? Choć istnieją metody spowalniania, a nawet pułapkowania światła, to kamery - nawet te ultraszybkie - nie pozwalają go zatrzymać, tak abyśmy np. zobaczyli ruch "kulek światła". Co zatem widać, gdy nagramy światło lasera kamerą nagrywającą 2 miliardy klatek na sekundę?

Taki eksperyment przeprowadził w swoim garażu znany youtuber AlphaPhoenix. Gdy uruchomił on kamerę i włączył na moment laser, którego światło odbijało się od kolejnych powierzchni, na filmie zarejestrował się jego ruch. Na nagraniu widzimy, jak promień lasera zostawia za sobą długą smugę. Nasz własny aparat wzrokowy zobaczyłby po prostu jednolity strumień.

Choć ta konfiguracja jest imponująca, to istnieje jeszcze szybsza kamera. Wypożyczyli ją od California Institute of Technology youtuberzy z kanału The Slow Mo Guys, aby "sfilmować prędkość światła w 10 bilionach FPS". Na ich nagraniu widzimy, jak światło lasera przemieszcza się w dziesiątych częściach pikosekundy, zostawiając za sobą o wiele krótszą smugę niż w przypadku kamery rejestrującej w 2 miliardach fps. Na tym nagraniu smuga ma zaledwie kilka milimetrów.

Ta najszybsza kamera świata nosi nazwę T-CUP i została zbudowana z udziałem badaczy z Caltech. Wykorzystuje ona technologię o nazwie Compressed Ultrafast Photography (CUP), aby filmować najszybsze zjawiska we wszechświecie (w tym np. poruszające się wiązki lasera) z niemożliwą nigdy wcześniej dokładnością. Dzięki temu stają się one niemal zamrożone w czasie. System ten łączy femtosekundową (10^-15 s) kamerę smugową ze standardową kamerą, a następnie przy użyciu metody matematycznej, znanej jako transformata Radona, rekonstruuje obraz wysokiej jakości.