Згідно з теорією відносності Ейнштейна, об’єкт, що рухається з близькою до світла швидкістю, має сплюснутися. Однак понад 60 років тому фізики Джеймс Террелл і Роджер Пенроуз зробили дивовижне відкриття: наш зір сприйматиме такий об’єкт не сплющеним, а оберненим. Цей парадокс, відомий як ефект Террелла — Пенроуза, вперше вдалося візуалізувати в лабораторних умовах за допомогою лазерної техніки.
Спеціальна теорія відносності передбачає справжнє фізичне скорочення довжини об’єкта (скорочення Лоренца). Але наше сприйняття залежить від світла. Коли об’єкт рухається дуже швидко, світло від його задньої частини має пройти більшу відстань, ніж від передньої, щоб потрапити в наші очі або об’єктив одночасно. Через цю різницю в часі вся картина спотворюється. У результаті створюється враження, що швидкорухомий куб обертається, демонструючи грані, які зазвичай залишаються прихованими.
Як «обдурити» камеру?
Головною проблемою для фізиків на чолі з Домініком Горнофом із Віденського технологічного університету була неможливість розігнати навіть невеликий куб до релятивістських швидкостей. Це вимагало б колосальної енергії. Тому вони використали креативний підхід, щоб обійти обмеження.
Їхній метод можна назвати «просторово-часовим пазлом». Дослідники взяли куб і сферу та почали «складати» їхній образ шар за шаром. Замість того, щоб рухати об’єкт, вони висвітлювали його надкороткими лазерними імпульсами тривалістю всього 300 пікосекунд, фіксуючи відбите світло на камеру з миттєвим затвором. Після кожного такого «зрізу» вони трохи зміщували позицію об’єкта, імітуючи рух на 80 % та навіть 99,9 % швидкості світла.
Геометрія перемагає фізику
Коли всі окремі зрізи об’єднали в єдине зображення, вчені побачили саме те, що передбачав ефект Террелла — Пенроуза. Куб мав такий вигляд, ніби його обернули, відкриваючи погляду свою задню грань. А сфера набула форми, що дозволяла зазирнути за її екватор.
«Обертання не є фізичним. Це оптична ілюзія. Геометрія того, як світло досягає нас одночасно, обманює наші очі», — пояснює Горноф.
Цей експеримент, результати якого опубліковані в журналі Communications Physics, не суперечить Ейнштейну, а навпаки, яскраво ілюструє різницю між фізичною реальністю та нашим її сприйняттям.
Дослідження відкриває нові шляхи для візуалізації складних релятивістських явищ без неймовірних витрат енергії, доводячи, що найглибші таємниці Всесвіту іноді можна побачити в лабораторії на власні очі.
Раніше ми повідомляли про те, як була знайдена частинка, що рухається швидше за світло.
За матеріалами livescience.com
