W dziwnej reperkusji specjalnej teorii względności Alberta Einsteina, obiekty podróżujące blisko prędkości światła pojawiają się.
. Specjalna teoria względnościlub w skrócie szczególna względność opisuje, co dzieje się z przedmiotami podróżującymi w pobliżu blisko prędkość światła. W szczególności omawia dwa główne konsekwencje poruszania się tak szybko. Jednym z nich jest to, że czas wyraźnie wydawałby się przepływać wolniej dla obiektu przemieszczającego się blisko prędkości światła w stosunku do wolniejszych ruchomych ciał wokół niego. Jest to zakorzenione w zjawisku zwanym „rozszerzeniem czasowym”, które prowadzi również do słynnego Twin Paradoxzostał udowodniony eksperymentalnie, a nawet jest brany pod uwagę przy budowaniu określonych rodzajów technologii. Globalne badanie pozycjonowania (GPS) Na przykład satelity na orbicie muszą uwzględniać rozszerzenie czasowe przy dostarczaniu dokładnych danych nawigacyjnych.
Kolejną konsekwencją jest to, co nazywamy skurczem długości. „Załóżmy, że rakieta obok nas obok nas przy 90% prędkości światła”, powiedział Peter Schattschneider, profesor fizyki w Tu Wien, Wiedeński Uniwersytet Technologii oświadczenie. „Dla nas nie ma już takiej samej długości, jak wcześniej, ale jest 2,3 razy krótszy”.
Nie oznacza to, że rakieta dosłownie zawiera kontrakty, ale raczej wydaje się, że jest zakontraktowana z obserwatorem. Na przykład astronauci na pokładzie rakiety nadal mieliby swój statek kosmiczny jako taką samą długość, jak zawsze. Wszystko to jest względne – stąd nazwa teorii.
W 1959 r. Zaproponowano jedną konsekwencję skurczu długości przez fizyków Jamesa Terrella i Rogera Penrose’a. Znany jako efekt Terrell -Penrose, przewidywał, że obiekty poruszające się przy wysokim ułamku prędkości światła powinny pojawiać się obrócone.
„Gdybyś chciał zrobić zdjęcie rakiety, która przeleciała obok, musisz wziąć pod uwagę, że światło z różnych punktów wymagało różnych czasu, aby dotrzeć do kamery” – powiedział Schattschneider.
Na przykład Schattschneider opisuje próbę zrobienia wizerunku statku kosmicznego w kształcie kostki-być może kostki Borg! – Poruszanie się ukośnie obok nas przy prawie prędkości światła. Po pierwsze, musimy stwierdzić oczywiste, że światło emitowane (lub odbijało się) z rogu po najbliższej stronie kostki do nas, przemieszcza krótszą odległość niż światło od rogu najdalej strony kostki. Dwa fotony odchodzące w tym samym czasie z każdego z tych dwóch zakrętów dotarłyby do nas w nieco różnych momentach, ponieważ jeden foton musi podróżować dalej niż drugie. Oznacza to, że nieruchomym obrazie, w którym przechwycone fotony dotarły jednocześnie do obiektywu aparatu, foton z dalekiego rogu musiał odejść wcześniej niż ten z bliskiego rogu, aby dotrzeć synchronicznie.
Jak dotąd logiczne. Jednak ta kostka nie jest stacjonarna – porusza się niezwykle szybko i bardzo szybko obejmuje dużo ziemi.
Zatem w naszym hipotetycznym nieruchomym obrazie tej przyspieszającej kostki foton rogu został emitowany wcześniej niż w bliskim rogu, zgodnie z oczekiwaniami – z wyjątkiem sytuacji, gdy sześcian był w inna pozycja. A ponieważ kostka porusza się z prawie prędkością światła, ta pozycja była naprawdę zupełnie inna.
„To sprawia, że wygląda nam tak, jakby kostka została obrócona” – powiedział Schattschneider. Zanim te dwa fotony dotrą do nas, narożnik po drugiej stronie wygląda, jakby był w bliskim rogu i odwrotnie.
Jednak ten efekt nie zaobserwowano wcześniej; Przyspieszenie czegokolwiek innego niż cząsteczki w pobliżu prędkości światła wymaga zbyt dużej energii. Jednak zespół naukowców z Tu Wien i University of Wiedeń, w tym Schattschneider, znalazł sposób na symulację warunków wymaganych do obrócenia obrazu obiektu relatywistycznego.
Studenci Dominik Hornoff i Victoria Helm z Tu Wien przeprowadzili eksperyment, w którym byli w stanie wyprodukować scenariusz, w którym mogli udawać, że prędkość światła wynosi zaledwie 6,56 stóp (2 metry) na sekundę. Spowolniło to spowolnienie całego procesu, aby mogli go uchwycić na szybkiej kamerze.
„Poruszaliśmy kostkę i kulę wokół laboratorium i wykorzystaliśmy szybką kamerę do rejestrowania lampek laserowych odbijanych od różnych punktów na tych obiektach w różnych momentach”, powiedział Hornoff i Helm w stwierdzeniu wspólnego. „Jeśli masz odpowiedni czas, możesz stworzyć sytuację, która daje takie same wyniki, jakby prędkość światła była nie więcej niż dwa metry na sekundę”.
Kostka i kula zostały zdeformowane w celu naśladowania skurczu długości – kostka, symulowana jako porusza się z 80% prędkości światła, była w rzeczywistości na strzępie z proporcją 0,6, podczas gdy kula została spłaszczona na dysku zgodnie z prędkością 99,9% prędkości światła.
Hornoff i Helm oświetlili kostkę i kulę odpowiednio z wyjątkowo krótkimi impulsami z lasera; Nagrywali także obrazy odbitego światła z ekspozycjami aparatu z zaledwie bilionem sekundy (czas znany jako pikosekunda). Po każdym obrazie kostka i kula zostały zmienione, jakby poruszały się z blisko prędkości światła. Obrazy zostały następnie połączone tak, aby obejmowały tylko te, w których każdy obiekt jest oświetlony przez laser w momencie, gdy światło byłoby emitowane, gdyby prędkość światła wynosiła tylko dwa metry na sekundę, a nie 983 571 056 stóp (299 792 458 metrów) na sekundę.
„Połączyliśmy zdjęcia w krótkich klipach wideo ultra szybkich obiektów. Wynik był dokładnie tym, czego się spodziewaliśmy”-powiedział Schattschneider. „Kostka wydaje się skręcona, kula pozostaje kulą, ale biegun północny znajduje się w innym miejscu”.
Efekt Terrell-Penrose jest tylko kolejnym przykładem tego, jak natura, popychana do skrajności, staje się Topsy-Turvy, tworząc zjawiska dość obce dla naszego istnienia.
Odkrycia zostały przedstawione 5 maja w czasopiśmie Fizyka komunikacji.
