Die Bewegung des Lichts zu beobachten ist nun dank eines beeindruckenden Fortschritts von Forschern der Universität Toronto möglich. Sie haben eine Technologie entwickelt, mit der der Weg von Photonen, den Teilchen des Lichts, aufgezeichnet und simuliert werden kann.
Ein Lichtstrahl in Bewegung aufgenommen, der seinen Weg in einer simulierten Szene zeigt.
Credit: Universität Toronto
Dieser Durchbruch basiert auf einer ultraschnellen Kamera und einem Algorithmus mit Künstlicher Intelligenz. Gemeinsam ermöglichen sie es, das Licht aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten, als könnte man seine Bahn „verfolgen“. Eine Technologie, die das Unsichtbare sichtbar macht und neue Anwendungsfelder eröffnet.
David Lindell, Professor an der Universität Toronto, erklärt, dass ihre Technologie Phänomene zugänglich macht, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Indem sie das Licht virtuell verlangsamen, zeigen sie, wie es sich bewegt, reflektiert oder in seiner Umgebung gestreut wird. Ein anschauliches Beispiel ist das Licht, das durch eine Flüssigkeit hindurchtritt – ein Effekt, der nun mit bisher unerreichter Präzision „sichtbar“ ist.
Der verwendete Algorithmus basiert auf einem Konzept, das als „Synthese neuer Ansichten“ bezeichnet wird. Diese Methode erlaubt es, eine Szene aus mehreren Perspektiven nachzubilden – selbst für Bilder, die in Geschwindigkeiten aufgenommen wurden, die der des Lichts entsprechen. In diesem Bereich ist das eine Premiere.
Dieser Fortschritt beschränkt sich nicht auf die Grundlagenforschung. Er könnte praktische Technologien wie LIDAR-Sensoren in autonomen Fahrzeugen beeinflussen. Mit dieser Technologie wäre es möglich, Hindernisse zu erkennen, 3D-Bilder zu verbessern oder Materialien mit höherer Präzision zu analysieren.
Credit: University of Toronto
Die Forscher untersuchten auch von Einstein vorhergesagte Phänomene, wie den „Scheinwerfer“-Effekt, bei dem ein Objekt heller erscheint, wenn es sich uns nähert. Sie haben außerdem die „Längenkontraktion“ sichtbar gemacht, die Objekte kürzer erscheinen lässt, wenn sie sich sehr schnell bewegen.
Jenseits praktischer Anwendungen inspiriert diese Technik auch andere Bereiche. In Kunst und Film könnte sie spektakuläre visuelle Effekte und völlig neue immersive Erfahrungen schaffen. Es handelt sich auch um ein leistungsstarkes pädagogisches Werkzeug, das es ermöglicht, die Physik des Lichts auf intuitive Weise zu erklären.
In Zukunft hoffen die Forscher, ihre Technologie zu nutzen, um 3D-Modelle von Objekten oder ganzen Umgebungen zu rekonstruieren – allein durch die Beobachtung des Lichts, das mit ihnen interagiert.
Quelle: arXiv