Fizicienii Capturează Iluzia Unui Obiect Care Se Mișcă Cu 99,9% din Viteza Luminii

Pentru prima dată, fizicienii au reușit să simuleze aspectul obiectelor care se deplasează aproape de viteza luminii, printr-o iluzie optică cunoscută sub numele de efectul Terrell-Penrose.

Folosind pulsuri laser ultra-rapide și camere speciale, oamenii de știință au simulat o iluzie optică care pare să contrazică teoria relativității speciale a lui Einstein.

Una dintre consecințele relativității speciale este că obiectele care se mișcă rapid ar trebui să apară contractate în direcția mișcării — un fenomen cunoscut sub numele de contracție Lorentz. Acest efect a fost confirmat indirect în experimentele cu acceleratoare de particule.

Totuși, în 1959, matematicianul Roger Penrose și fizicianul James Terrell au observat că un observator cu o cameră nu ar vedea de fapt un obiect comprimat, ci mai degrabă unul rotit. Acest lucru se întâmplă pentru că lumina de la diferite părți ale obiectului ajunge în timpi diferiți la cameră.

Deși modelele anterioare au lucrat cu această iluzie, acum numită efectul Terrell-Penrose, aceasta este prima dată când fenomenul a fost recreat într-un laborator. Echipa și-a descris rezultatele în jurnalul Communications Physics.

„Cel mai mult îmi place simplitatea,” a declarat Dominik Hornof, fizician cuantic la Universitatea Tehnică din Viena și prim autor al studiului, pentru revista Live Science. „Cu ideea potrivită, poți recrea efecte relativiste într-un laborator mic. Arată că și predicțiile vechi de un secol pot fi aduse la viață într-un mod foarte intuitiv.”

În noul studiu, fizicienii au folosit pulsuri laser ultra-rapide și camere cu declanșare controlată pentru a produce imagini instantanee ale unui cub și unei sfere „mișcându-se” la aproape viteza luminii. Rezultatele au arătat imagini ale obiectelor rotite, demonstrând astfel efectul Terrell-Penrose.

Ca orice studiu, și acesta a avut dificultățile sale. Deplasarea oricărui obiect cu viteza luminii sau aproape de aceasta este în prezent imposibilă. „În teoria lui Einstein, cu cât ceva se mișcă mai repede, cu atât masa sa efectivă crește. Pe măsură ce te apropii de viteza luminii, energia necesară crește considerabil,” a explicat Hornof. Nu putem genera suficientă energie pentru a accelera ceva ca un cub, „de aceea avem nevoie de acceleratoare de particule enorme, chiar și doar pentru a mișca electroni aproape de acea viteză. Ar necesita o cantitate enormă de energie.”

Astfel, echipa a folosit un substitut ingenios. „Ce putem face este să imităm efectul vizual,” a spus Hornof. Au început cu un cub de aproximativ 1 metru pe fiecare latură. Apoi, au trimis pulsuri laser ultra-scurte — fiecare de doar 300 de picosecunde, sau aproximativ o zecime de miliardime de secundă — spre obiect. Au capturat lumina reflectată cu o cameră cu declanșare controlată care s-a deschis doar pentru acea clipă și a produs o „felie” subțire de fiecare dată.

După fiecare felie, au mutat cubul înainte cu aproximativ 4.8 cm. Aceasta este distanța pe care ar fi parcurs-o dacă s-ar fi deplasat cu 80% din viteza luminii în timpul întârzierii între pulsuri. Apoi, oamenii de știință au pus toate aceste felii împreună într-o imagine instantanee.