- 21,238
- 46
- 8 Ноя 2022
Эксперимент доказал эффект Террелла–Пенроуза, который меняет вид быстро движущихся объектов.
Учёные впервые в лабораторных условиях воссоздали оптическую иллюзию, которая на первый взгляд кажется нарушающей теорию относительности Эйнштейна. Для этого они использовали ультракороткие лазерные импульсы и специальные скоростные камеры.
Согласно специальной теории относительности, быстро движущиеся объекты должны сокращаться в направлении движения — этот эффект известен как сокращение Лоренца и был неоднократно подтверждён косвенно в экспериментах с ускорителями частиц. Однако ещё в 1959 году математик Роджер Пенроуз и физик Джеймс Террелл показали, что наблюдатель с камерой не увидит «сплющенный» объект. Из-за того что свет от разных частей тела достигает камеры с разным опозданием, форма объекта будет выглядеть повёрнутой. Этот эффект получил название эффекта Террелла — Пенроуза.
Теперь физики смогли воспроизвести его в реальном эксперименте. Как пояснил Доминик Хорноф, квантовый физик из Венского технического университета и первый автор работы, «всё дело в простоте. С правильной идеей можно показать релятивистские эффекты даже в небольшой лаборатории. Это доказывает, что вековые предсказания можно оживить интуитивно понятным способом». Результаты опубликованы в журнале Communications Physics.
Чтобы «воссоздать иллюзию», исследователи направляли ультракороткие лазерные импульсы на куб и сферу, а затем с помощью сверхбыстрой камеры фиксировали отражённый свет. Каждый импульс длился всего 300 пикосекунд — примерно одна десятая миллиардной доли секунды — а затвор камеры открывался лишь на этот миг, фиксируя тонкий «срез» отражённого света. После каждого среза куб сдвигали вперёд примерно на 4,8 сантиметра — именно столько он бы прошёл, если бы двигался со скоростью 80% от скорости света за время между импульсами. Собрав все кадры, учёные получили изображение, на котором объект будто бы мчится почти со световой скоростью.
«Когда складываешь все срезы, кажется, будто объект вращается и движется невероятно быстро, хотя на самом деле он не двигался вовсе, — объясняет Хорноф. — В итоге всё сводится к геометрии».
Тот же метод применили к сфере, сдвигая её на 6 сантиметров между импульсами — это имитировало 99,9% скорости света. После объединения снимков сфера выглядела так, будто на неё можно взглянуть сбоку, а куб — словно немного повёрнут.
По словам исследователей, этот «поворот» — лишь оптический обман. Быстро движущийся объект действительно сокращается в направлении движения, но камера не фиксирует это напрямую. Из-за того что свет от задней части приходит позже, чем от передней, снимок искажает геометрию, создавая иллюзию вращения.
«Когда мы сделали расчёты, нас поразило, насколько красиво всё совпало с теорией, — говорит Хорноф. — А увидеть это на изображениях было по-настоящему захватывающе».
Учёные впервые в лабораторных условиях воссоздали оптическую иллюзию, которая на первый взгляд кажется нарушающей теорию относительности Эйнштейна. Для этого они использовали ультракороткие лазерные импульсы и специальные скоростные камеры.
Согласно специальной теории относительности, быстро движущиеся объекты должны сокращаться в направлении движения — этот эффект известен как сокращение Лоренца и был неоднократно подтверждён косвенно в экспериментах с ускорителями частиц. Однако ещё в 1959 году математик Роджер Пенроуз и физик Джеймс Террелл показали, что наблюдатель с камерой не увидит «сплющенный» объект. Из-за того что свет от разных частей тела достигает камеры с разным опозданием, форма объекта будет выглядеть повёрнутой. Этот эффект получил название эффекта Террелла — Пенроуза.
Теперь физики смогли воспроизвести его в реальном эксперименте. Как пояснил Доминик Хорноф, квантовый физик из Венского технического университета и первый автор работы, «всё дело в простоте. С правильной идеей можно показать релятивистские эффекты даже в небольшой лаборатории. Это доказывает, что вековые предсказания можно оживить интуитивно понятным способом». Результаты опубликованы в журнале Communications Physics.
Чтобы «воссоздать иллюзию», исследователи направляли ультракороткие лазерные импульсы на куб и сферу, а затем с помощью сверхбыстрой камеры фиксировали отражённый свет. Каждый импульс длился всего 300 пикосекунд — примерно одна десятая миллиардной доли секунды — а затвор камеры открывался лишь на этот миг, фиксируя тонкий «срез» отражённого света. После каждого среза куб сдвигали вперёд примерно на 4,8 сантиметра — именно столько он бы прошёл, если бы двигался со скоростью 80% от скорости света за время между импульсами. Собрав все кадры, учёные получили изображение, на котором объект будто бы мчится почти со световой скоростью.
«Когда складываешь все срезы, кажется, будто объект вращается и движется невероятно быстро, хотя на самом деле он не двигался вовсе, — объясняет Хорноф. — В итоге всё сводится к геометрии».
Тот же метод применили к сфере, сдвигая её на 6 сантиметров между импульсами — это имитировало 99,9% скорости света. После объединения снимков сфера выглядела так, будто на неё можно взглянуть сбоку, а куб — словно немного повёрнут.
По словам исследователей, этот «поворот» — лишь оптический обман. Быстро движущийся объект действительно сокращается в направлении движения, но камера не фиксирует это напрямую. Из-за того что свет от задней части приходит позже, чем от передней, снимок искажает геометрию, создавая иллюзию вращения.
«Когда мы сделали расчёты, нас поразило, насколько красиво всё совпало с теорией, — говорит Хорноф. — А увидеть это на изображениях было по-настоящему захватывающе».
- Источник новости
- www.securitylab.ru
