Snimiljena retka iluzija objekta koji se kreće brzinom od 99,9% brzine svetlosti

Fizičari su prvi put simulirali kako bi izgledali objekti koji se kreću brzinom blizu brzine svetlosti – optičku iluziju nazvanu Terel-Penrouz efekat.

Koristeći ultrabrze laserske pulseve i specijalne kamere, naučnici su simulirali optičku iluziju koja izgleda kao da negira Ajnštajnovu teoriju specijalne relativnosti.

Preporučujemo

Jedna od posledica specijalne relativnosti je da objekti koji se kreću brzo treba da izgledaju skraćeni u pravcu kretanja — fenomen poznat kao Lorencova kontrakcija. Ovaj efekat je indirektno potvrđen eksperimentima u akceleratorima čestica.

Međutim, 1959. godine, matematičar Rodžer Penrouz i fizičar Džejms Terel ukazali su da posmatrač s kamerom zapravo ne bi video skraćen objekat. Umesto toga, pošto svetlosti iz različitih delova objekta treba različito vreme da stigne do kamere, objekat bi izgledao rotirajuće.

Iako su prethodni modeli radili sa ovom iluzijom, sada poznatom kao Terel-Penrouz efekat, ovo je prvi put da je to učinjeno u laboratorijskom okruženju.

„Najviše mi se dopada jednostavnost“, rekao je Dominik Hornof, kvantni fizičar sa Bečkog univerziteta za tehnologiju. „S pravom idejom, možete reprodukovati relativističke efekte u maloj laboratoriji. To pokazuje da čak i predviđanja stara sto godina mogu biti oživljena na zaista intuitivan način.“

U novoj studiji, fizičari su koristili ultrabrze laserske pulseve i kamere sa kapijama da snime kocku i sferu koje se „kreću“ gotovo brzinom svetlosti. Rezultati su pokazali snimke rotirajućih objekata, dokazujući da je Terel-Penrouz efekat tačan.

Međutim, kao svaka studija, ova je takođe imala teškoće. Kretanje bilo kog objekta brzinom ili blizu brzine svetlosti je trenutno nemoguće. U Ajnštajnovoj teoriji, što se brže nešto kreće – više se povećava njegova efektivna masa. Dok se približavate brzini svetlosti, energija koja vam je potrebna raste uveliko. „Ne možemo generisati dovoljno energije da ubrzamo nešto poput kocke i zato su nam potrebni ogromni akceleratori čestica, čak i samo da približimo elektrone toj brzini. To bi zahtevalo ogromnu količinu energije“, kaže Hornof.

Stoga je tim koristio pametnu zamenu. „Ono što možemo da uradimo jeste da imitiramo vizuelni efekat“, rekao je Hornof. Počeli su sa kockom čije strane su imale oko jedan metar. Zatim su ispalili ultrakratke laserske pulseve – svaki dug samo 300 pikosekundi, što je otprilike deseti deo milijarditog dela sekunde — na objekat. Reflektovanu svetlost su zabeležili kamerom sa kapijom koja se otvarala samo za taj momenat i proizvodila tanki „režanj“ svaki put.

By Stigmatella aurantiaca - Own work, CC BY-SA 4.0, Link

Nakon svakog režnja, pomerali su kocku napred za oko 4,8 cm. To je razdaljina koju bi prešla da se kretala brzinom od 80% brzine svetlosti tokom intervala između pulseva. Onda su spojili sve ove režnjeve u snimak kocke koja se kreće.

„Kada spojite sve delove, objekat izgleda kao da se kreće neverovatnom brzinom, iako se uopšte nije pomerio“, rekao je Hornof. „Na kraju krajeva, to je samo geometrija.“

Ponovili su proces sa sferom, pomerajući je za 6 cm po koraku da bi imitirali 99,9% brzine svetlosti. Kad su delovi spojeni, kocka je izgledala kao da se rotira, a sfera kao da možete da zavirite oko njenih strana.

By Prokaryotic Caspase Homolog - Own work, CC BY-SA 4.0, Link

„Rotacija nije fizička“, rekao je Hornof. „To je optička iluzija. Geometrija načina na koji svetlost stiže u isto vreme vara naše oči.“

Zato Terel-Penrouz efekat ne protivreči Ajnštajnovoj specijalnoj relativnosti. Objekat koji se brzo kreće je fizički skraćen duž svog pravca putovanja, ali kamera to ne snima direktno. Pošto svetlost sa zadnje strane stiže kasnije nego svetlost sa prednje strane, snimak se pomera tako da izgleda da se objekat rotira.

„Kad smo uradili kalkulacije, bili smo iznenađeni kako je geometrija lepo funkcionisala“, kaže Hornof. „Bilo je zaista uzbudljivo videti to u slikama.“

(Telegraf Nauka/Live Science)