Учени показаха как се изкривява възприятието на формите при скорости, близки до светлинната

Когато даден обект се движи със скорост, близка до светлинната, обичайните закони на възприятието започват да се нарушават. Това е ключово следствие от специалната теория на относителността на Айнщайн: тялото става по-късо, времето за него тече по различен начин. Тези ефекти са многократно потвърждавани с експерименти, но едно предсказано визуално явление досега остава само теория – ефектът на Терел-Пенроуз.

Описан за първи път от физиците Джеймс Терел и Роджър Пенроуз през 1959 година, той гласи, че ако погледнете обект, движещ се със скорост, близка до светлинната, той ще изглежда не просто компресиран, а сякаш завъртян. Досега това беше невъзможно да се улови – дори в лаборатория.

Сега група изследователи от Виенския технологичен университет и Виенския университет са успели да го направят. С помощта на лазерни импулси и свръхпрецизна камера те успяха да пресъздадат оптичния аналог на ефекта, сякаш скоростта на светлината е само 2 метра в секунда. Резултатите са публикувани в списание Communications Physics.

Физикът Петер Шатшнайдер обяснява, че ако една ракета прелети покрай нас със скорост 90% от скоростта на светлината, тя ще изглежда 2,3 пъти по-къса. Това добре познато явление се нарича Лоренцово скъсяване. Невъзможно е обаче да се заснеме такава „скъсена“ ракета: светлината от различните ѝ части не достига до фотоапарата по едно и също време. Лъчите от предната и задната част на обекта излизат по различно време, докато обектът продължава да се движи и резултатът не е пряко изкривяване, а нещо като въртене.

Ако например вземете движещ се куб, изчисленията показват, че той ще изглежда завъртян, дори ако всъщност просто прелита покрай него. Светлината от далечния ъгъл на куба излиза по-рано, отколкото от близкия ъгъл, и в момента на излъчването задната част вече е била в различно положение. Нашето око или камерата приемат едновременно и двата фотона – и възприемат куба не като скъсен, а като леко разширен.

За да се види този ефект, е невъзможно да се ускорят реални обекти до необходимите скорости, но австрийски учени са намерили заобиколно решение. Вместо да ускоряват, те изкуствено са намалили „скоростта на светлината“ – не буквално, а чрез начина и времето на задействане на лазерните импулси и камерата.

Те премествали куб и сфера из лабораторията и записвали отражението на светлината от различни точки на тези обекти в строго изчислени моменти от време. Получените изображения били събрани в един кадър, сякаш светлината се движеше със скоростта на костенурка – само 2 метра в секунда. И така ефектът на Терел-Пенроуз бил визуализиран.

Във видеото кубът наистина изглежда завъртян, а сферата – остава кръгла, но с изместен настрани полюс. Така предсказанието от 1959 година се превърна в реално визуално наблюдение.

Тази работа е не само победа за физиката, но и пример за това как изкуството и науката могат да се вдъхновяват взаимно. Всичко започва с проекта на испанския художник Енар де Диос Родригес, който преди няколко години изследва идеята за „бавната светлина“ като част от художествен експеримент с участието на същите виенски университети. Именно този проект подтикна учените да потърсят нетрадиционен подход. Резултатите от изследването дават възможност да се изпитат по-добре и да се визуализират ефектите на теорията на относителността, които досега си оставаха почти абстрактна математика.