В 1959 году физики Джеймс Террелл и Роджер Пенроуз отдельно установили, что движущийся сблизительно со скоростью света объект будет казаться наблюдателю не сжатым, а повернутым благодаря оптическому эффекту, который до этого был известен только в теории и вычислениях. Ученые впервые подтвердили его экспериментально.
Ключевое предсказание специальной теории относительности Эйнштейна — лоренцево сокращение Согласно этой теории, длина объекта, движущегося на релятивистской скорости, становится меньше по сравнению с длиной в состоянии покоя, а время для него замедлятся.
Однако визуализировать так называемое вращение Террелла — Пенроуза Оптический эффект, при котором движущееся на релятивистской скорости тело выглядит немного повернутым в глазах наблюдателя, а не сжатым, ранее удавалось только в симуляциях.
Поворот не физический: тело не меняет форму и не деформируется, это лишь иллюзия восприятия, вызванная разницей прибытия света от разных частей движущегося тела.
Физики из Венского университета под руководством Доминика Хорнофа для воспроизведения визуальных эффектов при разных формах объектов использовали неподвижный 3D-распечатанный куб (и аналогичную сферу), освещая его серией лазерных импульсов. Эффект «снижения» скорости света до двух метров в секунду удалось имитировать с помощью лазерных импульсов и сверхбыстрой камеры.
Импульсы подавались последовательно с меняющимся интервалом задержки. Между экспозициями макеты перемещали на небольшое расстояние – такое, которое объект преодолел бы при околосветовой скорости за время между импульсами. Камера фиксировала отраженный свет от разных частей куба и сферы, поэтапно создавая изображение восприятия движущегося объекта в один момент времени.
В итоге учёные получили набор снимков и анимации, имитирующих восприятие объекта в движении. Собрали их в единый кадр, соответствующий одному моменту времени для наблюдателя. Таким образом физики продемонстрировали кажущийся поворот, подобный вращению Террелла — Пенроуза при наблюдении с ортогональной проекцией. Текст научной работы представлен в журнале Communications Physics.
Авторы исследования подчеркнули, что скорость объекта оставалась низкой из-за имитации оптического искажения, а не физики движения на скорости близкой к световой. Тем не менее новый эксперимент — первый в истории случай физического моделирования релятивистского искажения изображения, открывающий путь к экспериментальной визуализации других эффектов, раньше доступных лишь в теории или численных симуляциях.