Согласно теории относительности Эйнштейна, объект, движущийся со скоростью, близкой к световой, должен сплющиться. Однако более 60 лет назад физики Джеймс Террелл и Роджер Пенроуз сделали удивительное открытие: наше зрение будет воспринимать такой объект не сплющенным, а перевернутым. Этот парадокс, известный как эффект Террелла — Пенроуза, впервые удалось визуализировать в лабораторных условиях с помощью лазерной техники.
Специальная теория относительности предполагает настоящее физическое сокращение длины объекта (сокращение Лоренца). Но наше восприятие зависит от света. Когда объект движется очень быстро, свет от его задней части должен пройти большее расстояние, чем от передней, чтобы попасть в наши глаза или объектив одновременно. Из-за этой разницы во времени вся картина искажается. В результате быстро движущийся куб будет выглядеть так, как будто его повернули, открывая грани, которые в обычных условиях скрыты.
Как «обмануть» камеру?
Главной проблемой для физиков во главе с Домиником Горнофом из Венского технологического университета была невозможность разогнать даже небольшой куб до релятивистских скоростей. Это требовало бы колоссальной энергии. Поэтому они использовали креативный подход, чтобы обойти ограничения.
Их метод можно назвать «пространственно-временным пазлом». Исследователи взяли куб и сферу и начали «составлять» их образ слой за слоем. Вместо того, чтобы двигать объект, они освещали его сверхкороткими лазерными импульсами продолжительностью всего 300 пикосекунд, фиксируя отраженный свет на камеру с мгновенным затвором. После каждого такого «среза» они немного смещали позицию объекта, имитируя движение на 80 % и даже 99,9 % скорости света.
Геометрия побеждает физику
Когда все отдельные срезы объединили в единое изображение, ученые увидели именно то, что предсказывал эффект Террелла — Пенроуза. Куб выглядел так, как будто его перевернули, открывая взгляду свою заднюю грань. А сфера приобрела форму, позволявшую заглянуть за ее экватор.
«Вращение не является физическим. Это оптическая иллюзия. Геометрия того, как свет достигает нас одновременно, обманывает наши глаза», — объясняет Горноф.
Этот эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Communications Physics, не противоречит Эйнштейну, а наоборот, ярко иллюстрирует разницу между физической реальностью и нашим ее восприятием.
Исследование открывает новые пути для визуализации сложных релятивистских явлений без невероятных затрат энергии, доказывая, что самые глубокие тайны Вселенной иногда можно увидеть в лаборатории собственными глазами.
Ранее мы сообщали о том, как была найдена частица, движущаяся быстрее света.
По материалам livescience.com
