Людське око - досконалий інструмент. Він бачить навколишню реальність з недосяжною для багатьох представників тваринного світу чіткістю і в усьому її приголомшливому багатобарвленні. І все ж пристрасть людини до пізнання давно перевищила можливості дорогоцінного дару природи. Щоб побачити мить, знадобилася додаткова робота розуму.
Інерційність сітківки ока, що не дозволяє нам зорово сприймати зміни, що відбуваються швидше приблизно 1/20 секунди, виявилася одночасно і благом для розвитку культури, і перешкодою для наукового пошуку. Благом, бо лише завдяки цій особливості зору з'явилася Велика Ілюзія останнього століття - кінематограф. Але - ось парадокс! - відправною точкою народження кіно стало бажання зазирнути в недоступні глибини швидкоплинного.
У 1878 році американець Ідвард Майбрідж вирішив використати фотозйомку для вирішення не бог звістки якого фундаментального наукового завдання. Він хотів отримати відповідь на питання: чи відривається хоч на мить від землі стрибучий рисою кінь, або в будь-який момент хоча б одна її нога зберігає контакт з грунтом. Просте спостереження відповіді не давало, скільки не вдивлявся допитливий погляд у стрімкий дріб копит. Однак до того моменту фотографічні технології вже існували близько півстоліття, так що світлочутливості платівок і швидкості затвора цілком би вистачило для того, щоб відобразити шуканий мить повного відриву всіх чотирьох ніг від поверхні. Якщо він, звичайно, мав місце насправді. Але як його зловити, ця мить?
Надміцне дзеркало
Вал, на якому закріплено дзеркало з берилію з алюмінієвим напиленням, обертається зі швидкістю 1 200 000 обертів на хвилину. Зйомка проводиться зі швидкістю від 200 000 до 25 000 000 кадрів на секунду. Камера подібної конструкції була задіяна в лабораторних випробуваннях для з'ясування причин катастрофи шатла «Колумбія».
Майбрідж знайшов вихід. Він поставив уздовж ділянки дороги, якою належало проскакати коні, кілька фотокамер в ряд. Затвор кожної з камер приводився в дію тросом, натягнутим поперек шляху коня і вершника. Стрибучий кінь, зачіпаючи копитами троси, змушував затвори спрацьовувати, і в підсумку з'явилася послідовність знімків, що відобразили різні фази бігу. Рішення приватного завдання (кінь, що йде рисою, все-таки відривається від землі) призвело до появи першого досвіду швидкісної зйомки. А менш ніж через два десятиліття від ідеї створення послідовності фотографій, що відображають швидко змінювані фази руху (хронофотографія), винахідницький геній прийшов до думки про послідовну демонстрацію цих зображень з метою отримання рухомої картинки. Так виник кінематограф.
Мить електричного струму
Розвиток технологій XX століття перетворив рішення завдання, над яким ламав голову Майбрідж, на дитячу забаву. Вже на початку 1930-х компанія Eastman Kodak випустила 16-мм кінокамеру, яка була здатна вести зйомку зі швидкістю 1000 кадрів на секунду. Цього цілком достатньо, для того щоб в деталях розглянути будь-які швидкоплинні рухи в живій природі. Але наступала ядерна епоха, і науку вже цікавили процеси з незрівнянно більш дрібним часовим масштабом.
Піонером «атомної» фотографії став американець Гарольд Юджин Едгертон (1903 − 1990). Спочатку він розробив технологію високошвидкісної зйомки з використанням стробоскопічного ефекту. Підсвічуючи рухомий об'єкт серією надшвидких світлових імпульсів, Едгертон зумів зробити знімки з часом експозиції від 1/10 000 до 1/100 000 секунди, отримавши чіткі, без «змазки», зображення повітряної кульки в момент розриву оболонки або кулі, що пробиває навиліт яблуко.
Електронний віяло
Використання світлочутливих матриць типу CCD замість плівки дозволяє обійтися без механічних пристроїв і рухомих частин. Завдяки ділителю пучка світла і фотопосилювальним пристроям всі матриці отримують одночасно одне і те ж зображення.
Але коли Едгертона залучили до робіт з дослідження початкових стадій ядерного вибуху, з'ясувалося, що навіть одна мікросекунда - це нескінченно довго, для того щоб розглянути всі фази народження атомного спалаху. З метою і далі розщеплювати мить, в 1940-х роках вчений створив спеціальну камеру Rapatronic, здатну виробляти знімки з витримкою 10 наносекунд, або 10 мільярдних часток секунди.
Для цього було розроблено спеціальний затвор із застосуванням так званої комірки Керра. Коміркою Керра називається поляризаційний фільтр, який під впливом електричного імпульсу може майже миттєво змінювати напрямок поляризації. У момент спрацювання затвора на проміжок часу в 10 наносекунд поляризація комірки збігалася з напрямком поляризації іншого фільтра, відкриваючи шлях світлу ядерного спалаху до світлочутливої пластини.
Уявити собі стрічкопротяжний механізм, що пересуває кадр з такою ж немислимою швидкістю, просто неможливо, тому камера Rapatronic робила лише один знімок, а щоб зловити потрібну фазу, довелося скористатися старим добрим методом Майбріджа. Для фотографування початкової стадії вибуху використовувалося до десяти камер, які виробляли знімки послідовно один за одним.
Дзеркала і турбіни
Щоб здійснити зйомку послідовності кадрів, що відображають швидкоплинні процеси в русі, і при цьому обійти природні обмеження механічних затворів і стрічкопротяжних механізмів, довелося створити вельми оригінальні пристрої. Одним з таких пристроїв стала високошвидкісна камера Dynafax, розроблена компанією Cordin, яка також активно співпрацювала з американськими атомниками. У ній обертається зі швидкістю понад 100 000 обертів на хвилину дзеркало «розкидало» сфокусоване об'єктивом зображення за кадрами відрізка кіноплівки, закріпленого на соосній дзеркалу арці з дугою 90 градусів. Для приведення в рух валу, на якому обертається дзеркало, використовувалися як електропривод, так і (для найбільш швидкісних моделей) газова турбіна. Останні моделі камер з обертовим дзеркалом здатні вести зйомку зі швидкістю до 25 000 000 кадрів на секунду.