Bir nesne son derece hızlı hareket ettiğinde – ışık hızına kesin olarak – verdiğimiz temel varsayımları belirten kesin artık geçerli değildir. Bu, Albert Einstein’ın özel görelilik teorisinin merkezi sonucudur. Nesne daha sonra dinlendiğinden farklı bir uzunluğa sahiptir ve zaman nesne için laboratuvarda olduğundan farklı olarak geçer. Tüm bunlar deneylerde tekrar tekrar doğrulandı.
Bununla birlikte, göreliliğin ilginç bir sonucu henüz gözlenmemiştir-sözde Terrell-Penrose etkisi. 1959’da fizikçiler James Terrell ve Roger Penrose (2020’de Nobel Laureate) bağımsız olarak hızlı hareket eden nesnelerin döndürülmesi gerektiği sonucuna vardılar. Ancak, bu etki hiç gösterilmemiştir.
Şimdi, Tu Wien (Viyana) ve Viyana Üniversitesi arasındaki bir işbirliği, ilk kez lazer darbeleri ve hassas kameralar kullanarak etkiyi yeniden üretmeyi başardı – saniyede 2 metre etkili bir ışık hızında. Araştırma dergide yayınlandı İletişim Fiziği.
Einstein’ın uzunluk daralması
Tu Wien’den Prof. Peter Schattschneider, “Işık hızının% 90’ında bir roket fısıldadığını varsayalım. Bizim için artık daha önce çıkmasıyla aynı uzunluğa sahip değil, ancak 2,3 kat daha kısa.” Bu, Lorentz kasılması olarak da bilinen göreceli uzunluk kasılmasıdır.
Ancak, bu daralma fotoğraflanamaz. Schattschneider, “Roketin geçerken fotoğrafını çekmek istiyorsanız, farklı noktalardaki ışığın kameraya ulaşmak için farklı uzunluklar aldığını dikkate almanız gerekir.”
Nesnenin farklı bölümlerinden gelen ve aynı zamanda lense veya gözümüze gelen ışık aynı zamanda yayılmadı ve bu da karmaşık optik etkilerle sonuçlandı.
The Racing Cube: Görünüşe göre döndürülmüş
Süper hızlı nesnenin bir küp olduğunu hayal edelim. O zaman bizden uzağa bakan taraf, bize karşı bakan taraftan daha uzak. İki foton aynı anda gözümüze ulaşırsa, biri küpün ön köşesinden ve diğeri arka köşeden, arka köşeden foton daha da ilerledi. Bu yüzden daha erken bir zamanda yayılmış olmalı. Ve o zaman, küp ışık ön köşeden yayıldığı zamanla aynı pozisyonda değildi.
Schattschneider, “Bu bize küp dönmüş gibi görünmesini sağlıyor” diyor. Bu, göreceli uzunluk kasılmasının ve farklı noktalardan gelen ışığın farklı seyahat sürelerinin bir kombinasyonudur. Bu, Terrell ve Penrose tarafından tahmin edildiği gibi görünür bir rotasyona yol açar.
Tabii ki, bu son derece hızlı bir araba fotoğraflanırken bile günlük yaşamda ilgisizdir. En hızlı Formula 1 otomobili bile, otomobilin yan tarafı ve bize bakan tarafın yanına yayılan ışık arasındaki zaman farkındaki mesafenin sadece küçük bir kısmını hareket ettirecektir. Ancak ışığın hızına yakın bir roketle, bu etki açıkça görülebilir.
Işık hilesinin etkili hızı
Teknik olarak, roketleri bu etkinin bir fotoğrafta görülebileceği bir hıza kadar hızlandırmak imkansızdır. Bununla birlikte, Tu Wien’deki USTEM’den Peter Schattschneider liderliğindeki grup, sanattan esinlenen başka bir çözüm buldu: laboratuvardaki etkiyi yeniden yaratmak için son derece kısa lazer darbeleri ve yüksek hızlı bir kamera kullandılar.
Victoria Helm ve deneyi gerçekleştiren iki öğrenci Victoria Helm ve Dominik Hornof, “Laboratuarın etrafına bir küp ve bir küreyi hareket ettirdik ve yüksek hızlı kamerayı, bu nesnelerdeki farklı noktalardan farklı noktalardan yansıtılan lazer flaşlarını kaydetmek için kullandık.” Diyerek şöyle devam etti: “Zamanlamayı doğru anlarsanız, ışık hızı saniyede 2 metreden fazla olmamış gibi aynı sonuçları üreten bir durum yaratabilirsiniz.”
Bir manzaranın farklı bölümlerinin görüntülerini bir büyük görüntüye birleştirmek kolaydır. Burada ilk kez yapılan şey zaman faktörünü dahil etmektir: nesne birçok farklı zamanda fotoğraflanır. Daha sonra, ışığın sadece 2 m/s olması durumunda ışığın o noktadan yayılacağı anda lazer flaşı tarafından aydınlatılan alanlar, bir hareketsiz görüntüye birleştirilir. Bu, Terrell-Penrose etkisini görünür kılar.
Schattschneider, “Hareketsiz görüntüleri ultra hızlı nesnelerin kısa video kliplerinde birleştirdik. Sonuç tam olarak beklediğimiz şeydi” diyor. “Bir küp bükülmüş görünüyor, bir küre bir küre olarak kalıyor, ancak Kuzey Kutbu farklı bir yerde.”
Sanat ve bilim birbirini dolaştığında
Terrell-Penrose etkisinin gösterilmesi sadece bilimsel bir başarı değil, aynı zamanda sanat ve bilim arasında olağanüstü bir simbiyozun sonucudur. Başlangıç noktası, birkaç yıl önce Viyana Üniversitesi ve Viyana Teknoloji Üniversitesi ile işbirliği içinde olan sanatçı Enar de Dios Rodriguez’in ultra hızlı fotoğrafçılık ve sonuçta ortaya çıkan “Işık Yavaşlığı” nı araştıran bir sanat bilimi projesiydi.
Sonuçlar, göreliliğin sezgisel olarak zor dünyasını biraz daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.
