Fyzici dokazují 65letý účinek relativity tím, že se objekt zdá, že se pohybuje rychlostí světla
Pomocí ultrarychlých laserových impulsů a speciálních kamer vědci simulovali optickou iluzi, která se zdá být vzdorování Einsteinovi Teorie zvláštní relativity.
Jedním z důsledků zvláštní relativity je to, že rychle se pohybující objekty by se měly zdát zkrácené ve směru pohybu-jev známý jako Lorentz kontrakce. Tento účinek byl nepřímo potvrzen v experimentech s urychlovači částic.
Ačkoli předchozí modely s touto iluzí pracovaly, nyní nazývané Efekt Terrell-Penrose, je to poprvé, kdy se to stalo v laboratorním prostředí. Tým popsal své výsledky v časopise Komunikační fyzika.
„Nejvíc se mi líbí jednoduchost,“ Dominik HornofKvantový fyzik na Vienna University of Technology a první autor studie řekl Live Science. „Se správnou myšlenkou můžete znovu vytvořit relativistické účinky v malé laboratoři. Ukazuje, že i staleté předpovědi mohou být oživeny opravdu intuitivním způsobem.“
Znovu vytvořit iluzi
V nové studii fyzici použili ultra rychlé laserové pulsy a brány kamery k výrobě snímků krychle a kouli „pohybující se“ téměř rychlostí světla. Výsledky ukázaly snímky otočných objektů. To prokázalo, že Terrell-Penrose efekt je pravdivý.
Ale stejně jako každá studie měla i tato také potíže. Přesun jakéhokoli objektu na rychlost světla nebo v jeho blízkosti je v současné době nemožné. „V Einsteinově teorii, čím rychleji se něco pohybuje, čím více se jeho efektivní hmota zvyšuje. Když se přiblížíte k rychlosti světla, energie, kterou potřebujete, hodně roste,“ řekl Hornof. Nemůžeme generovat dostatek energie, abychom zrychlili něco jako krychle, a „proto potřebujeme obrovské akcelerátory částic, a to i abychom se pohybovali elektrony blízko této rychlosti. Zabralo by to obrovské množství energie.“
Tým tedy použil chytrou náhradu. „To, co můžeme udělat, je napodobovat vizuální efekt,“ řekl Hornof. Začali na každé straně krychle asi 3 stopy (1 metr). Poté vypálili ultra-krátké laserové impulzy-každý jen 300 pikosekund dlouhý, nebo asi desetinu miliardy sekundy-na objekt. Zachytili odražené světlo s bránou kamerou, která se otevřela pouze pro tento okamžik a pokaždé vytvořila tenký „plátek“.
Po každém řezu posunuli kostku dopředu asi 1,9 palce (4,8 cm). To je vzdálenost, kterou by cestovala, kdyby se pohybovala rychlostí světla během zpoždění mezi pulzy. Potom vědci dali všechny tyto plátky dohromady do snímače krychle do pohybu.
„Když zkombinujete všechny plátky, objekt vypadá, že závodí neuvěřitelně rychle, i když se to nikdy nepohybovalo,“ řekl Hornof. „Na konci dne je to jen geometrie.“
Opakovali proces s koulí a posunuli jej o 2,4 palce (6 cm) za krok k napodobování rychlosti světla 99,9%. Když byly plátky kombinovány, krychle se objevila otočená a koule vypadala, jako byste mohli nahlédnout po jeho stranách.
„Rotace není fyzická,“ řekl Hornof. „Je to optická iluze. Geometrie toho, jak přichází světlo současně, oklamá naše oči.“
Proto účinek Terrell-Penrose neodpovídá Einsteinově zvláštní relativitě. Rychle se pohybující objekt je fyzicky zkrácen podél svého směru cestování, ale kamera to přímo nezachycuje. Protože světlo zezadu trvá déle, než dorazí světlo zepředu, snímek se posune tak, aby se objekt zdálo otočeno.
„Když jsme provedli výpočty, byli jsme překvapeni, jak krásně geometrie vypracovala,“ řekl Hornof. „Vidět, že se to objevuje na obrázcích, bylo opravdu vzrušující.“
