Физики из Венского технологического университета впервые в истории визуализировали удивительное явление, которое предсказывал Эйнштейн более века назад. Они буквально сфотографировали невозможное – объекты, движущиеся на чрезвычайных скоростях, выглядят не просто короче, как ожидалось ранее, но и повернутыми в пространстве. Эта оптическая иллюзия, известная как эффект Террелла-Пенроуза, десятилетиями существовала только в теоретических расчетах, пока изобретательный эксперимент не превратил ее в зафиксированную реальность.
Когда скорость меняет восприятие
"Представьте ракету, пролетающую мимо нас со скоростью 90% от скорости света. Для нас она выглядит в 2,3 раза короче", – объясняет профессор Петер Шаттшнайдер из Венского технологического университета. Это классическое релятивистское сокращение длины, известное как сокращение Лоренца.
Однако сфотографировать такое сокращение невозможно из-за особенностей распространения света. Когда свет от разных точек объекта достигает нашего глаза или камеры одновременно, он не был излучен одновременно. Свет от отдаленных точек преодолевает большее расстояние, а значит, был излучен раньше. За это время объект меняет свое положение.
Например, если быстрый объект имеет форму куба, то свет от его дальнего угла достигает нашего глаза позже, чем от переднего. Когда два фотона достигают глаза одновременно, один от переднего угла куба, а другой от заднего, фотон от заднего угла путешествовал дольше. Следовательно, он был излучен раньше, когда куб находился в другом положении.
Невозможный эксперимент стал возможным
Воспроизвести это явление с реальными объектами, движущимися со скоростью, близкой к световой, технически невозможно. Однако команда ученых нашла инженерное решение.
Используя сверхкороткие лазерные импульсы и высокоскоростную камеру, исследователи создали условия, которые дают такие же результаты, будто скорость света составляла всего 2 метра в секунду. "Мы двигали кубом и сферой в лаборатории и фиксировали лазерные вспышки, отраженные от разных точек этих объектов в разные моменты времени", – объясняют Виктория Гельм и Доминик Горноф, студенты, которые проводили эксперимент.
Результаты поразили ученых: куб действительно казался повернутым, а сфера оставалась сферой, но с визуально смещенным Северным полюсом. Это полностью подтвердило теоретические расчеты, сделанные Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом еще в 1959 году.
Когда физика встречает искусство
Интересно, что демонстрация эффекта Террелла-Пенроуза стала результатом необычного сотрудничества между наукой и искусством. Началом проекта стала инициатива художницы Энар де Диос Родригес, которая совместно с Венским университетом и Венским технологическим университетом исследовала возможности сверхбыстрой фотографии.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале "Communications Physics" в апреле 2025 года. Это открытие не только подтверждает давние теоретические предсказания, но и помогает нам лучше понять интуитивно сложный мир теории относительности, приближая науку к пониманию истинной природы пространства и времени.
Источник: Scitechdaily
