Специальная теория относительности стала видимой

В 1959 году физики Джеймс Террелл и Роджер Пенроуз независимо друг от друга пришли к выводу, что объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, должны казаться наблюдателю вращающимися, несмотря на их релятивистское сокращение длины. Этот эффект, названный в их честь, долгое время оставался только теоретическим предсказанием, поскольку достичь таких скоростей в лабораторных условиях было невозможно.

Релятивистские искажения и их природа

Как объясняет профессор Петер Шатшнайдер из TU Wien, сокращение длины Лоренца — реальный физический эффект: ракета, летящая со скоростью 90% скорости света, для наблюдателя сократится в 2,3 раза. Однако фотографирование такого объекта осложняется тем, что свет от его дальних и ближних точек достигает камеры не одновременно.

Петер Шатшнайдер иллюстрирует это на примере куба: «Свет от задней грани куба должен был быть испущен раньше, чем от передней. За это время куб успел сместиться, создавая иллюзию поворота».

Это сочетание сокращения длины и разницы во времени прихода света и приводит к кажущемуся вращению.

Экспериментальная инновация

Группа исследователей из TU Wien и Венского университета нашла способ воспроизвести эффект без достижения релятивистских скоростей. Вдохновленные художественными методами, они использовали лазерные импульсы и высокоскоростную камеру, чтобы смоделировать условия, при которых скорость света искусственно «замедляется» до 2 м/с.

Исследователи Виктория Хельм и Доминик Хорноф описывают методику: «Мы регистрировали отражения лазера от разных точек объекта в разное время, а затем комбинировали эти данные так, как если бы свет распространялся гораздо медленнее».

Результаты и значение

Обработка данных подтвердила предсказания: куб на изображениях казался повернутым, а сфера сохраняла форму, но с видимым смещением полюсов. Как отметил Петер Шатшнайдер:

«Результаты точно соответствовали нашим расчетам. Это первый случай, когда эффект Террелла-Пенроуза был визуализирован. Куб выглядит искривленным, сфера остается сферой, но северный полюс находится в другом месте».

Эксперимент стал продолжением сотрудничества с художником Энаром де Диосом Родригесом, который ранее исследовал «медлительность света» в рамках арт-проекта. Этот синтез творческого и научного подходов позволил преодолеть технические ограничения и предложить новую методологию для изучения релятивистских эффектов.

Публикация в Communications Physics подчеркивает важность работы для понимания визуальных проявлений теории относительности, которые остаются контр-интуитивными даже спустя столетие после их открытия.