В журнале Communications Physics вышла статья, в которой исследователи из Венского технического университета (TU Wien) и Венского университета впервые экспериментально подтвердили эффект Террелла-Пенроуза. Он представляет собой визуальное искажение, возникающее при наблюдении объектов, движущихся с околосветовой скоростью. Суть эффекта в том, что такие объекты кажутся повернутыми, хотя на самом деле они продолжают двигаться прямолинейно.
Эффект был теоретически описан в 1959 году физиками Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом, лауреатом Нобелевской премии 2020 года. Несмотря на многочисленные подтверждения других предсказаний специальной теории относительности, включая сокращение длины объектов и замедление времени при высокой скорости, этот визуальный эффект оставался непроверенным в реальных условиях — до сих пор.
Как объясняет профессор Петер Шаттшнайдер из TU Wien, при движении объекта, например ракеты, на 90% от скорости света, он сокращается в длину примерно в 2,3 раза. Однако сфотографировать это невозможно. Свет от разных частей объекта достигает камеры в разное время. Из-за этого появляются сложные оптические эффекты, неочевидные для человеческого глаза.
В частности, если быстро движущийся объект — куб, то свет от дальней и ближней граней доходит до наблюдателя с задержкой, потому что он был излучен в разные моменты времени. Это приводит к иллюзии, будто объект немного повернут — именно это и предсказывали Террелл и Пенроуз.
Поскольку разогнать реальный объект до нужной скорости пока невозможно, команда TU Wien нашла изящное решение: использовать лазерные импульсы и высокоскоростную камеру, чтобы имитировать условия, при которых свет распространяется с «эффективной» скоростью всего 2 метра в секунду. Это позволило ученым воссоздать видимость релятивистского движения на макетах объектов в лаборатории.
В ходе эксперимента студенты Виктория Хельм и Доминик Хорноф передвигали куб и сферу, фиксируя отражения лазера в разные моменты. Затем они собирали изображение по аналогии с тем, как если бы свет от объекта распространялся медленно. В результате на фотографии куб казался повернутым, а сфера оставалась неизменной, но с видимым смещением «полюсов».
По словам Шаттшнайдера, их работа — не просто подтверждение старой теории, но и пример слияния науки и искусства. Проект начался как художественная инициатива художницы Энар де Диос Родригес, изучавшей тему «медленного света» при поддержке университетов Вены. Именно из этого сотрудничества родилась идея эксперимента, объединившего физику, оптику и визуализацию времени.
Этот результат не только делает абстрактные предсказания относительности более наглядными, но и открывает путь к новым образовательным и научным методам визуализации физических явлений, ранее считавшихся «невидимыми».
Пока одни физики визуализируют мир при околосветовых скоростях, другие делают реальностью то, что раньше считалось научной фантастикой — мгновенную передачу квантовой информации. О практических достижениях в этой области вы можете узнать из этого материала.
