Un experiment pare să confirme un efect prezis acum 66 de ani

Un experiment recent a reușit să vizualizeze un efect prezis acum 66 de ani: este vorba despre un fenomen bizar prezis de teoria relativității speciale, cunoscut sub numele de efectul Penrose-Terrell.

Acest efect prezis acum 66 de ani, în 1959, de către fizicienii James Terrell și Roger Penrose, arată cum obiectele care se deplasează la viteze apropiate de cea a luminii pot părea deformate, nu doar contractate, așa cum se credea anterior, ci și rotite optic din perspectiva unui observator extern.

• Telescopul Webb a descoperit o galaxie spirală masivă de la începuturile Universului
• O întâlnire străveche a Soarelui cu alte două stele a schimbat pentru totdeauna Sistemul Solar

Conform teoriei speciale a relativității a lui Einstein, atunci când un obiect (să zicem o navă spațială) se deplasează cu viteze apropiate de viteza luminii, acesta pare să se micșoreze în direcția deplasării pentru un observator aflat în repaus. Profesorul Peter Schattschneider, de la Universitatea Tehnică din Viena (Austria), oferă un exemplu: „Să presupunem că o rachetă trece pe lângă noi cu 90% din viteza luminii. Pentru noi, ea nu mai are aceeași lungime ca înainte de a decola, ci este de 2,3 ori mai scurtă.”

Totuși, din punctul de vedere al celor aflați la bordul rachetei, lungimea propriei nave rămâne normală; în schimb, lumea exterioară pare contractată. Acesta este un efect cunoscut și acceptat în fizica relativistă.

Un un efect prezis acum 66 de ani

Terrell și Penrose au mers mai departe și au arătat că, din cauza modului în care lumina ajunge la ochii observatorului, obiectele în mișcare rapidă nu par doar contractate, ci și rotite. Această rotație nu este reală, obiectul nu se întoarce fizic, ci este o iluzie optică generată de diferențele de timp în care lumina de la diferite puncte ale obiectului ajunge la observator.

„Dacă ai vrea să fotografiezi racheta în timp ce zboară pe lângă tine, ar trebui să ții cont de faptul că lumina de la diferite puncte ale obiectului ajunge la cameră în momente diferite”, explică Schattschneider.

Această întârziere face ca imaginea să pară rotită. În cazul unui obiect cu simetrie perfectă, cum e o sferă, efectul este subtil: sfera tot sferă pare, dar cu „polul nord” mutat într-o altă direcție. Însă în cazul unui obiect ca un cub, efectul este mult mai vizibil: cubul pare răsucit, ca și cum ar fi rotit în zbor.

Vizualizarea efectului în laborator

Pentru a face vizibil acest efect, echipa de cercetători a recreat o „versiune încetinită” a vitezei luminii. Studenții Victoria Helm și Dominik Hornof au folosit o combinație de impulsuri laser extrem de scurte și o cameră de mare viteză.

„Am mișcat un cub și o sferă prin laborator și am folosit camera pentru a înregistra reflexiile impulsurilor laser de la diferite puncte ale obiectelor, în momente diferite. Dacă sincronizezi totul corect, poți crea o situație echivalentă cu cea în care viteza luminii ar fi de doar 2 metri pe secundă”, explică cei doi.

Folosind această metodă, echipa a reușit să simuleze modul în care ar arăta un cub aflat în mișcare cu 80% din viteza luminii și o sferă cu 99,9% din viteza luminii. Imaginile obținute au fost combinate într-un scurt videoclip care redă ceea ce ar percepe un observator într-un astfel de scenariu.

„Rezultatul a fost exact ce ne așteptam. Cubul pare răsucit, iar sfera rămâne o sferă, dar cu polul nord într-o altă poziție”, spune Schattschneider.

Studiul a fost publicat în revista Communications Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii investighează un quasar extrem de luminos și puternic

Observații radio de la mai multe nave spațiale au dezvăluit câmpul magnetic heliosferic

Astronomii au descoperit că o nebuloasă întunecată ascunde un cuib de stele nou formate

Erupțiile magnetarilor pot crea echivalentul unor planete în aur și alte elemente grele, descoperă cercetătorii