Эта идея была впервые выдвинута около 70 лет назад.
В странном следствии специальной теории относительности Альберта Эйнштейна объекты, движущиеся с околосветовой скоростью, выглядят перевернутыми.
Специальная теория относительности (СТО) описывает, что происходит с объектами, движущимися близко к скорости света. В частности, она предсказывает два главных следствия такого движения. Во-первых, время для движущегося с околосветовой скоростью объекта будет казаться замедленным относительно объектов, движущихся медленнее. Это явление называется замедлением времени и лежит в основе знаменитого парадокса близнецов. Оно было экспериментально подтверждено и даже учитывается в технологиях — например, в системах GPS, где спутники должны корректировать данные из-за замедления времени на орбите.
Второе следствие — это так называемое сокращение длины.
«Представьте, что ракета пронеслась мимо нас со скоростью 90% от скорости света», — говорит профессор физики Венского технического университета (TU Wien) Петер Шаттшнайдер. — «Для нас она будет казаться в 2,3 раза короче своей обычной длины».
Это не значит, что ракета буквально сжимается — она выглядит укороченной для внешнего наблюдателя. Космонавты внутри ракеты по-прежнему измерят ту же длину, что и раньше. Всё относительно — отсюда и название теории.
Еще одно следствие сокращения длины было предложено в 1959 году физиками Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом. Известное как эффект Террелла–Пенроуза, оно предсказывает, что объекты, движущиеся с околосветовой скоростью, должны выглядеть повернутыми.
«Если вы захотите сфотографировать такую ракету в момент её пролета, вы должны учитывать, что свет от разных точек ракеты доходит до камеры за разное время», — объясняет Шаттшнайдер.
Например, он описывает ситуацию, где нужно запечатлеть кубообразный космический корабль (вроде Куба Боргов из Star Trek), пролетающий мимо нас под углом на околосветовой скорости. Очевидно, что свет от ближнего угла куба пройдет до камеры более короткий путь, чем свет от дальнего угла. Два фотона, излученные одновременно с этих двух углов, достигнут камеры в разное время — ближний фотон быстрее, дальний — позже.
Но в статичном изображении, где все фотоны попали в объектив одновременно, фотон от дальнего угла должен был быть излучён раньше, чтобы прибыть одновременно с ближним.
Это логично. Однако куб движется с колоссальной скоростью, и за это время сильно меняет положение.
Таким образом, в финальном снимке куба, летящего почти со скоростью света, получается, что дальний угол светил на нас из другого положения, чем ближний.
«Из-за этого создается иллюзия, будто куб повернут», — говорит Шаттшнайдер. В результате кажется, что дальний угол находится на месте ближнего и наоборот.
Этот эффект ранее не наблюдался, так как разогнать что-либо, кроме частиц, до таких скоростей чрезвычайно сложно. Однако исследователи из TU Wien и Венского университета, включая Шаттшнайдера, нашли способ смоделировать эти условия.
Студенты Доминик Хорнхофф и Виктория Хельм провели эксперимент, в котором они искусственно сделали так, чтобы скорость света составляла всего 2 метра в секунду. Это сильно замедлило процесс, позволяя фиксировать его с помощью высокоскоростной камеры.
«Мы двигали куб и сферу по лаборатории и использовали камеру, чтобы фиксировать отраженные лазерные импульсы от разных точек объектов в разное время», — сказали Хорнхофф и Хельм. «Если правильно подобрать момент, можно воссоздать ситуацию, как если бы свет двигался со скоростью всего 2 метра в секунду».
Формы объектов были искажены, чтобы имитировать сокращение длины:
– Куб, движущийся на 80% от скорости света, стал прямоугольным параллелепипедом с соотношением сторон 0,6.
– Сфера была сплюснута в диск, как если бы двигалась со скоростью 99,9% от скорости света.
Куб и сферу освещали ультракороткими лазерными импульсами, а отражённый свет снимали с выдержкой в триллионную долю секунды (пикосекунду). После каждого кадра объекты немного смещали, имитируя движение с околосветовой скоростью. Впоследствии изображения отбирались так, как если бы свет распространялся со скоростью 2 м/с.
«Мы собрали эти изображения в короткие видеоролики сверхбыстрых объектов. И результат оказался именно тем, что мы ожидали», — сказал Шаттшнайдер. — «Куб выглядит искаженным, как будто повернут, а сфера осталась сферой, но её "северный полюс" сместился».
Эффект Террелла–Пенроуза — это очередной пример того, как природа ведет себя странно в экстремальных условиях, создавая явления, чуждые нашему обычному восприятию.
Результаты были представлены 5 мая в журнале Communications Physics.
Источник
Уникальность
