（原標題：為了拍攝難得的“光線爆破”現象，科學家啟用了一臺特殊相機）

　　類似超音速飛機在飛行時產生的“音爆”現象，光源在介質中的運動速度超過介質中的光速時，也會產生類似的錐形“光爆”。

　　最近，科學家們用超高速照相機首次捕捉到了這種現象。所用的技術有一天可以拍攝到神經元的放電，幫助我們理解大腦的活動。

　　物體超音速運動時，被甩在身后的聲波會堆成一個錐面，能量高度集中，讓人感受到短暫而強烈的爆炸聲，稱為“音爆”。這種錐面由奧地利物理學家E。馬赫于1887年首先提出，被稱為馬赫錐。

　　音爆現象容易拍攝得到，是因為聲波能量巨大，能壓縮周圍空氣，使水汽凝結成霧，形成俗稱的音爆云。雖然持續時間只有幾秒，但已經足夠用肉眼觀察得到了。

　　F-18 “大黃蜂”戰斗機超音速飛行時產生的音爆云。來源：Wikipedia

　　而光的能量沒有這么巨大，光速又極快，雖然光線的傳播很早就被拍攝下來，光爆現象卻一直沒有直觀的圖像記錄。

　　好在光的傳播速度是可以降低的。比如光在玻璃中的傳播速度只有真空中的60% 左右。之前的實驗也已經將光速降低到百萬分之一。

　　研究的主要作者，圣路易斯華盛頓大學的光學工程師Jinyang Liang和他的同事們用硅膠和氧化鋁混合材料搭建了一個狹窄的隧道，中間充滿霧狀干冰。然后在隧道內發射綠色的激光脈沖，每個脈沖時長只有 7皮秒（ 1 皮秒為 10^-12 秒）。

　　1/2

　　光線會經由隧道內干冰的散射，進入周圍的隧道壁內。由于光線在隧道內的速度要比在壁內的速度快，所以進入壁內的光線就被甩在后面，堆疊起來形成馬赫錐結構，也就是所謂的光爆。由于干冰霧的移動隨機，所以這種現象不會一直持續，而是隨機發生。

　　為了拍攝出這個結構，研究人員使用了每秒可以拍攝 1 千億次的“條紋相機”，這個相機不僅可以獲得直接的拍攝場景，還可以記錄事件的時間信息，便于科學家的逐幀再現。

　　科學家首次用“條紋相機”拍攝到光的馬赫錐。來源：Liang等。 Sci。 Adv。2017； 3！e1601814

　　之前的成像系統無法實時獲取這種現象的原貌，需要成百上千次的測量才能拼湊出當時的情景。對于馬赫錐這種不可預測的現象，新的成像系統“無損編碼壓縮超快攝影（LLE-CUP）”更有優勢，一次成像就可以捕獲場景。

　　無損編碼壓縮超快攝影（LLE-CUP）只需要一次成像，就能實時捕獲到馬赫錐的形成。來自：Jinyang Liang Lihong V。 Wang

　　這項技術意味著醫學影像將得到極大發展。將來，科學家們希望用這種相機觀察神經元的放電，研究神經網絡，以了解大腦如何工作。

　　詳細成果發表在 1 月 20 日的《科學進展》上。