Iluzia optică descoperită de oamenii de știință. Legătura dintre formă și viteza luminii, explicată

O echipă din Viena a reușit pentru prima dată să recreeze în laborator efectul Terrell-Penrose, iluzia prin care un obiect pare rotit când se mișcă aproape cu viteza luminii.

Fizicienii de la Universitatea Tehnică din Viena au reușit să surprindă pentru prima dată în laborator o iluzie optică descrisă teoretic de peste șase decenii: efectul Terrell-Penrose. Fenomenul arată că, la viteze apropiate de cea a luminii, un obiect nu pare deformat, ci… rotit.

Deși teoria relativității speciale a lui Einstein prevede că obiectele aflate în mișcare rapidă ar trebui să se scurteze în direcția deplasăriim efectul numit contracția Lorentz,, James Terrell și Roger Penrose au arătat în 1959 că un observator nu ar vedea această deformare. În schimb, lumina ajunge cu întârziere din diferite părți ale obiectului, creând o iluzie de rotație.

O iluzie adusă la viață cu lasere ultra-rapide

Până acum, acest efect fusese doar simulat digital sau demonstrat teoretic. Echipa condusă de Dominik Hornof a reușit însă să-l reproducă fizic, folosind impulsuri laser extrem de scurte și camere speciale.

„Ce îmi place cel mai mult este simplitatea ideii”, a declarat Hornof pentru Live Science. „Cu echipamentele potrivite, putem recrea efecte relativiste într-un laborator mic. Este o demonstrație elegantă a modului în care geometria luminii dă viață teoriilor vechi de un secol.”

Cercetătorii au folosit un cub de un metru și o sferă de dimensiuni similare, pe care le-au „mimat” ca și cum s-ar deplasa cu viteze de până la 99,9% din cea a luminii.

Deoarece nimic material nu poate fi accelerat atât de mult fără energie uriașă, obiectele nu s-au mișcat efectiv. În schimb, echipa a trimis impulsuri laser de 300 de picosecunde către obiecte și a capturat fiecare reflexie cu o cameră capabilă să se deschidă doar pentru miliardimi de secundă.

După fiecare captură, obiectul era mutat câțiva centimetri, simulând distanța pe care ar fi parcurs-o dacă ar fi călătorit aproape cu viteza luminii.

Apoi, imaginile obținute au fost „asamblate” într-o compoziție care imită vizual deplasarea reală.

Ce se vede la 99,9% din viteza luminii

Rezultatele au confirmat pe deplin efectul Terrell-Penrose: cubul a apărut ușor rotit, iar sfera părea că lasă privitorul să-i vadă și partea din spate. „Rotația nu este reală”, a explicat Hornof. „Este doar o iluzie generată de felul în care lumina ajunge la cameră din unghiuri diferite.”

Experimentul, publicat în Communications Physics, demonstrează că relativitatea nu se opune percepției vizuale, ci o transformă. „Când am văzut imaginile finale, am fost surprinși cât de frumos se aliniază geometria cu teoria”, a adăugat Hornof.

Prin această reconstituire ingenioasă, fizicienii au adus mai aproape de realitate o previziune a lui Einstein, și au oferit, totodată, una dintre cele mai spectaculoase demonstrații vizuale ale relativității speciale de până acum.