Создана новая камера для исследования хаотических систем

Новости МирТесен

Разработанное устройство позволяет получать до одного миллиарда кадров в секунду, что дает возможность наблюдать за хаотичным движением света внутри ограниченного пространства. По мнению создателей проекта, это открытие может стимулировать дальнейшие исследования в области хаотических систем.

Хаотические системы, к примеру, разлетающиеся брызги при падении капель или структура роста ветвей деревьев, характеризуются тем, что на начальном этапе демонстрируют предсказуемость, но впоследствии проявляют все большую степень случайности. В связи с важной ролью таких систем в природных процессах, научное сообщество стремится к более глубокому пониманию их принципов работы.

Команда исследователей из Калифорнийского технологического института, расположенного в Соединенных Штатах Америки, создала устройство, предназначенное для изучения данных явлений. В последнем выпуске журнала Science Advances описании исследования представлена уникальная сверхбыстрая камера: она обеспечивает запись видео с частотой один миллиард кадров в секунду и позволяет запечатлеть движение лазерного луча в помещении, специально разработанном для создания хаотических отражений.

Камера использует технологию под названием compressed ultrafast photography (CUP). В своих первых исследованиях Лихонг Ван продемонстрировал, что устройства, созданные на основе данной технологии, теоретически способны записывать видео с частотой до 70 триллионов кадров в секунду. По мнению исследователя, это позволяет фиксировать движение фотонов.

Кроме того, камера CUP снимает все кадры сразу, в отличие от традиционных аппаратов, которые делают один кадр за раз. Благодаря этому аппарат может запечатлеть весь хаотичный путь лазерного луча в помещении за один раз.

Это представляет собой значительную ценность, поскольку в хаотической системе поведение частиц носит неповторимый характер. Как утверждают исследователи, если бы камера фиксировала лишь фрагмент происходящего, изучение определенных типов поведения частиц стало бы невозможным, так как они не повторялись бы при повторных экспериментах.

Это можно сравнить с попыткой сделать фотографию птицы, используя камеру, способную запечатлеть лишь фрагмент тела за один снимок. В каждом изображении была бы видна часть тела, принадлежащая птице другого вида. Попытка объединить все снимки в единое целое привела бы к тому, что на изображении появилась бы птица с клювом вороны, шеей аиста, крыльями утки, хвостом ястреба и ногами цыпленка.

Как отметил Ван, способность его камеры CUP запечатлеть хаотическое движение света может вдохнуть новую жизнь в изучение оптического хаоса, которое имеет прикладное значение в физике, связи и криптографии.

«До этого момента у нас отсутствовали необходимые средства для проведения исследований, — отметил он. — Практикующие ученые утратили интерес к этой сфере из-за невозможности проведения экспериментов, а теоретики отказались от нее, поскольку не могли экспериментально подтвердить свои гипотезы. Сейчас мы показали, что появился инструмент, позволяющий осуществлять исследования подобных систем».