Blisko prędkości światła. To byśmy zobaczyli

W swojej najnowszej pracy badacze pokazali, że obiekt poruszający się niemal z prędkością światła nie wygląda na ściśnięty, lecz sprawia wrażenie obróconego. To konsekwencja różnego czasu dotarcia światła z różnych fragmentów obiektu do kamery. Wynik potwierdza tzw. efekt Terrella–Penrose’a, opisany już ponad sześć dekad temu w 1959 r.

Klasyczna szczególna teoria względności przewiduje tzw. skrócenie Lorentza, czyli fizyczne skracanie obiektu w kierunku ruchu. Należy tutaj od razu podkreślić, że w swoim eksperymencie autorzy nowej pracy nie rozpędzili żadnego obiektu do takich prędkości (nie mamy takich możliwości), a jedynie zasymulowali jego wygląd tak, jak widziałaby go kamera. Zespół opisał wyniki w „Communications Physics”.

Badacze z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technicznego (TU Wien) użyli ultrakrótkich impulsów laserowych i kamer bramkowanych. Każdy impuls trwał ok. 300 pikosekund. Kamera otwierała się tylko na ten moment, rejestrując cienką „warstwę” światła odbitego od obiektu. Następnie naukowcy składali warstwy w jeden kadr.

Fotografowanym przedmiotem był sześcian o boku długości jednego metra. Po każdym ujęciu przesuwano go o ok. 4,8 cm, co odpowiadałoby ruchowi z 80 proc. prędkości światła między impulsami. Złożenie serii dało obraz sześcianu, który wyglądał na obrócony, choć w rzeczywistości wcale się nie poruszał.

Analogicznie potraktowano kulę, przesuwaną o ok. 6 cm na krok, by odwzorować 99,9 proc. prędkości światła. Po złożeniu „plastrów” kula sprawiała wrażenie, jakby można było zajrzeć na jej „boki”. To zgodne z przewidywaniami efektu Terrella–Penrose’a.

Dominik Hornof z TU Wien podkreślił, że klucz tkwi w geometrii i ograniczeniach prędkości światła. „Geometria tego, jak światło dociera do nas, płata naszym oczom figla. W rzeczywistości bowiem nie dochodzi do żadnej rotacji” - dodał. Autorzy przypomnieli, że realne rozpędzenie makroobiektów do takich prędkości wymagałoby ogromnych energii. Stąd też konieczność skorzystania z symulacji.