Учёные из Технического университета Вены и Венского университета впервые экспериментально подтвердили эффект Террелла-Пенроуза – явление, предсказанное ещё в 1959 году Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом (лауреатом Нобелевской премии 2020 года). Этот эффект описывает кажущееся вращение быстро движущихся объектов, приближающихся к скорости света, которое обусловлено сочетанием релятивистского сокращения длины и разного времени прохождения света от разных точек объекта до наблюдателя.

До настоящего времени эффект оставался неподтверждённым экспериментально, поскольку достижение необходимых скоростей для его наблюдения в реальных условиях технически невозможно. Релятивистское сокращение длины, согласно которому объект, движущийся с околосветовой скоростью, кажется короче в направлении движения, известно и неоднократно подтверждалось экспериментами. Однако, фотографирование этого эффекта невозможно из-за того, что свет от разных точек объекта достигает камеры в разное время, создавая сложные оптические искажения.

Источник: Vienna University of Technology

Профессор Петер Шатчшнайдер из Технического университета Вены поясняет: «Представьте себе ракету, проносящуюся мимо нас со скоростью 90% скорости света. Для нас она будет казаться в 2,3 раза короче, чем в состоянии покоя». Это и есть релятивистское сокращение длины, или сокращение Лоренца. Однако, если бы мы попытались сфотографировать эту ракету, то мы бы увидели не просто сокращение длины, а ещё и кажущееся вращение.

В своей работе учёные использовали оригинальный подход, вдохновлённый арт-научным проектом художника Энара де Диоса Родригеса. Вместо реального объекта, движущегося с околосветовой скоростью, они использовали короткие лазерные импульсы и высокоскоростную камеру, эффективно «замедлив» скорость света до 2 метров в секунду. Студенты Виктория Хельм и Доминик Хорноф, проводившие эксперимент, объясняют: «Мы перемещали куб и сферу по лаборатории и записывали отражённые лазерные вспышки с разных точек этих объектов в разные моменты времени. Правильно подобрав синхронизацию, мы создали ситуацию, аналогичную движению со скоростью света в 2 м/с».

Полученные изображения разных частей объекта в разные моменты времени были объединены в единую картину, симулируя эффект, который наблюдался бы при реальном движении с околосветовой скоростью. В результате, куб действительно выглядел повёрнутым, подтверждая теоретические предсказания. Сфера оставалась сферой, но положение её полюсов изменилось.

Таким образом, благодаря удачному сочетанию научного подхода и художественного вдохновения, учёным удалось визуализировать эффект Террелла-Пенроуза, приблизившись к более глубокому пониманию интуитивно сложного мира теории относительности.