Фізики з Віденського технологічного університету вперше в історії візуалізували дивовижне явище, яке передбачав Ейнштейн понад століття тому. Вони буквально сфотографували неможливе – об'єкти, що рухаються на надзвичайних швидкостях, виглядають не просто коротшими, як очікувалося раніше, а й повернутими у просторі. Ця оптична ілюзія, відома як ефект Террелла-Пенроуза, десятиліттями існувала лише у теоретичних розрахунках, поки винахідливий експеримент не перетворив її на зафіксовану реальність.
Коли швидкість змінює сприйняття
"Уявіть ракету, що пролітає повз нас зі швидкістю 90% від швидкості світла. Для нас вона виглядає в 2,3 рази коротшою", — пояснює професор Петер Шаттшнайдер з Віденського технологічного університету. Це класичне релятивістське скорочення довжини, відоме як скорочення Лоренца.
Проте сфотографувати таке скорочення неможливо через особливості поширення світла. Коли світло від різних точок об'єкта досягає нашого ока чи камери одночасно, воно не було випромінене одночасно. Світло від віддалених точок долає більшу відстань, а отже, було випромінене раніше. За цей час об'єкт змінює своє положення.
Наприклад, якщо швидкий об'єкт має форму куба, то світло від його дальнього кута досягає нашого ока пізніше, ніж від переднього. Коли два фотони досягають ока одночасно, один від переднього кута куба, а інший від заднього, фотон від заднього кута подорожував довше. Отже, він був випромінений раніше, коли куб знаходився в іншому положенні.
Неможливий експеримент став можливим
Відтворити це явище з реальними об'єктами, що рухаються зі швидкістю, близькою до світлової, технічно неможливо. Однак команда вчених знайшла інженерне рішення.
Використовуючи надкороткі лазерні імпульси та високошвидкісну камеру, дослідники створили умови, які дають такі ж результати, ніби швидкість світла становила лише 2 метри на секунду. "Ми рухали кубом і сферою у лабораторії та фіксували лазерні спалахи, відбиті від різних точок цих об'єктів у різні моменти часу", – пояснюють Вікторія Гельм і Домінік Горноф, студенти, які проводили експеримент.
Результати вразили науковців: куб дійсно здавався повернутим, а сфера залишалася сферою, але з візуально зміщеним Північним полюсом. Це повністю підтвердило теоретичні розрахунки, зроблені Джеймсом Терреллом і Роджером Пенроузом ще у 1959 році.
Коли фізика зустрічає мистецтво
Цікаво, що демонстрація ефекту Террелла-Пенроуза стала результатом незвичайної співпраці між наукою та мистецтвом. Початком проєкту стала ініціатива художниці Енар де Діос Родрігес, яка спільно з Віденським університетом та Віденським технологічним університетом досліджувала можливості надшвидкої фотографії.
Результати експерименту опубліковані в журналі "Communications Physics" у квітні 2025 року. Це відкриття не лише підтверджує давні теоретичні передбачення, але й допомагає нам краще зрозуміти інтуїтивно складний світ теорії відносності, наближаючи науку до розуміння справжньої природи простору та часу.
Джерело: Scitechdaily
