加州理工学院 用每秒10亿帧拍摄的摄像机录制的视频显示了两个激光脉冲在混沌的光学腔中反射时如何采用不同的路径
信用:加州理工 生活中有些事情是可以合理预测的
潮汐涨落
月亮有盈亏
根据有序的几何图形，台球在桌子周围弹跳
此外，还有一些事情难以预测:飓风会毫无征兆地改变方向
喷泉中溅起的水
从树上长出来的树枝的优雅紊乱
这些现象和其他类似的现象可以被描述为混沌系统，并以表现出一开始是可预测的，但随着时间的推移变得越来越随机的行为而闻名
由于混沌系统在我们周围的世界中扮演着重要的角色，科学家和数学家们一直在寻求更好地理解它们
现在，加州理工学院的王力宏，安德鲁和佩吉·陈医学工程系的布伦教授，开发了一种新的工具，可能有助于这一探索
在最新一期的《科学进展》中，王描述了他如何使用自己设计的超快照相机，以每秒10亿帧的速度记录视频，观察激光在一个专门设计用来诱导混沌反射的室内的运动
“有些空腔是非混沌的，所以光线的路径是可以预测的，”王说
但是在目前的工作中，他和他的同事使用超快照相机作为工具来研究混沌腔，“每次我们重复实验时，光都走不同的路径
" 该相机采用了一种被称为压缩超快摄影(CUP)的技术，王在其他研究中已经证明，这种技术的速度可以达到每秒70万亿帧
CUP相机拍摄视频的速度使其能够看到光——宇宙中最快的东西——在它行进的时候
但是CUP相机还有另一个特点，使它们特别适合研究混沌系统
与一次拍摄一帧视频的传统相机不同，CUP相机本质上是一次拍摄所有帧
这使得摄像机能够一次捕捉到激光束穿过腔室的全部混乱路径
这很重要，因为在一个混乱的系统中，行为每次都是不同的
如果相机只捕捉到了部分动作，那么没有被记录的行为就永远无法被研究，因为它再也不会以完全相同的方式发生了
这就像试图拍摄一只鸟，但用的相机一次只能拍摄一个身体部位；此外，每次这只鸟降落在你附近，它都是一个不同的物种
虽然你可以试着把所有的照片组合成一张合成的鸟的照片，但是那只拼凑起来的鸟应该有乌鸦的喙、鹳的脖子、鸭子的翅膀、鹰的尾巴和鸡腿
不完全有用
王说，他的CUP相机捕捉光的混沌运动的能力可能会给光学混沌的研究带来新的生命，光学混沌在物理、通信和密码学中有应用
“前一段时间，这是一个非常热门的领域，但它已经消失了，也许是因为我们没有我们需要的工具，”他说
“实验者失去了兴趣，因为他们不能做实验，而理论家失去了兴趣，因为他们不能用实验来验证他们的理论
这是一个有趣的演示，向该领域的人们展示他们终于有了一个实验工具
" 描述这项研究的论文题为“光学混沌的实时观察和控制”，发表在1月13日的《科学进展》杂志上
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