خب، بیا برات یه ماجرای جالب و علمی تعریف کنم که چطور یه یوتیوبر خوش‌ذوق به اسم برایان هایدت، یا همون AlphaPhoenix که تو یوتیوب فعاله، تونست توی گاراژ خودش یه شاهکار مهندسی دربیاره و دوربینی بسازه که می‌تونه نور رو با سرعت ۲ میلیارد فریم بر ثانیه ثبت کنه! یعنی هر حرکت نور رو توی هوا دونه‌دونه تو فریمای مجزا ببینی! معمولاً دیدن همچین چیزی فقط توی تئوریای علمی بود ولی حالا واقعاً می‌تونی تو یه ویدیوی یوتیوبی تماشا کنی!
برایان نتیجه‌ی کارش رو تو یه ویدیو منتشر کرد (تاریخ ۱۷ اکتبر بود) و نشون داد که چطور نور داره مثل صحنه آهسته جلو چشمت حرکت می‌کنه. اینطوری دیگه می‌تونی ببینی که سرعت نور تقریباً برابر با یک فوت (حدود ۳۰ سانتی‌متر) تو هر نانوثانیه‌ست. (نانوثانیه یعنی یک میلیاردُم ثانیه! یعنی واقعاً وقت هیچ کاری نداری!)
حالا این دوربین چطوری کار می‌کنه؟ ماجرا اینطوریه: او یه لیزر پرقدرت رو تو گاراژش راه انداخت که نورش از آینه‌ای به آینه دیگه می‌پره و هی مسیرش رو عوض می‌کنه تا آخرش برسه به یه دیوار. یه خورده مه یا غبار هم تو هوا هست که نور رو پخش می‌کنه و باعث میشه دوربین بتونه این حرکت رو ببینه. به عبارتی، همین ذره‌های مه واسطه‌ان که نور رو به سنسور می‌رسونن.
تهش چی میشه؟ وقتی این دوربین با ۲ میلیارد فریم بر ثانیه فیلم می‌گیره، نور درست مثه یه چیز تخیلی تو فیلمای علمی-تخیلی حرکت می‌کنه. انگار جادوییه!
ولی این اولین بارش نبود. قبلاً هم سال ۲۰۲۴ یه دوربین با سرعت ۱ میلیارد فریم بر ثانیه ساخته بود، ولی واسه رسیدن به این رکورد جدید، تقریباً همه چی رو از اول سر هم کرد؛ موتورای دقیق‌تر آورد، سیستم نوری رو قوی‌تر بست و نرم‌افزار رو طوری نوشت که بتونه حجم وحشتناک داده رو آنی پردازش کنه. این کارا باعث شد دوربینش این‌جوری حرکت نور رو ثبت کنه که واقعاً حیرت‌انگیزه.
نکته‌ی جالب دیگه اینه که جای دوربین نسبت به لیزر خیلی مهمه. مثلاً اگه دوربین درست پشت لیزر باشه، نور خروجی رو انگار داره یواش حرکت می‌کنه می‌بینی ولی زمانی‌که نور داره برمی‌گرده، انگار آنی می‌رسه! این برخلاف قوانین فیزیک نیست؛ بلکه چون نوری که از ذره نزدیک دوربین پخش میشه زودتر می‌رسه و نور ذره‌های دورتری دیرتر می‌رسه. حالا اگه دوربین رو طرف دیگه‌ی گاراژ بذاری، داستان برعکس میشه!
حالا بریم سراغ اینکه اصلاً چطور تونسته واقعاً با این سرعت فریم بگیره؟ باید بدونی که با تکنولوژی رایج، ثبت یه تصویر کامل با این سرعت محاله! برایان یه راه‌حل باهوشانه استفاده کرد: یه آینه کوچیک رو روی گیمبال (گیمبال همون پایه‌ی دینامیکیه که واسه حرکت نرم دوربین یا هر وسیله دیگه استفاده میشه!) گذاشت تا نور لیزر رو به یه سنسور خیلی حساس هدایت کنه. با هر بار حرکت، این آینه یه پیکسل تصویر رو ثبت می‌کنه و بعد همه‌شون رو کنار هم می‌ذاره تا تصویر کامل دربیاد. این کار کند و وقت‌گیره ولی دقتش بالاست و عملاً یه دوربین میلیون دلاری با هزاران سنسور رو شبیه‌سازی می‌کنه!
برای این دقت، سروو موتورهای معمولی رو با چیزای دقیق‌تر عوض کرد؛ از انکودرهای با وضوح بالا (انکودر یه قطعه الکترونیکیه که زاویه یا حرکت دورانی رو دقیق اندازه می‌گیره) و تسمه‌های تایمینگ (یه جور تسمه که واسه هماهنگ نگه داشتن حرکت قطعات مختلف استفاده میشه) استفاده کرد تا حتی یه ذره میلیمتری خطا هم کار رو خراب نکنه.
در بخش الکترونیک، سیستمش هم حسابی با کلاس و پیشرفتست! مثلاً یه «فتومالتی‌پلایر تیوب» یا PMT استفاده کرده؛ این یه قطعه‌اس که فوتونای نور رو می‌گیره و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنه، بعد این سیگنال از کابل کواکسیال (کابلی که نویز رو کم می‌کنه و برای انتقال داده سریع به کار می‌ره) وارد اسیلسکوپ میشه. اسیلسکوپ هم در هر ثانیه ۲ میلیارد بار نمونه‌برداری می‌کنه!
جالبه که برای کم کردن نویز (صداهای اضافی الکترونیکی که تصویر رو خراب می‌کنن)، سیگنال PMT و پالس سینک (پالس هماهنگ‌کننده برای همزمان کردن فرآیندها) رو از یه کابل می‌فرسته و زمان‌بندی می‌کنه تا تداخلی نداشته باشن.
در مجموع، ترکیب این همه ترفندِ نوری، الکترونیکی و نرم‌افزاری باعث شده تا یه حالت جادویی و باور نکردنی بسازه که انگار داری واقعاً با یه دوربین خارق‌العاده و عجیب، حرکت نور رو تو فضای واقعی می‌بینی. واقعاً قشنگه که آدمایی مثل برایان با دو تا وسیله تو گاراژشون، چیزایی رو نشون میدن که برای دانشمندای معروف هم جذابه!
منبع: +
