Учёные впервые показали, как восприятие формы искажается при околосветовых скоростях

Когда объект движется с околосветовой скоростью, привычные законы восприятия начинают подводить. Это ключевое следствие специальной теории относительности Эйнштейна: тело становится короче, время для него течёт иначе. Эти эффекты многократно подтверждены экспериментами, но один предсказанный визуальный феномен до сих пор оставался лишь теорией — э ффект Террелла–Пенроуза . Впервые описанный физиками Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом в 1959 году, он гласит: если смотреть на движущийся с околосветовой скоростью объект, он будет казаться не просто сжатым, а как будто повернутым. Но до сих пор это было невозможно зафиксировать — даже в лабораторных условиях.

Теперь это удалось сделать группе исследователей из Технологического университета Вены и Венского университета. С помощью лазерных импульсов и сверхточной камеры они смогли воссоздать оптический аналог эффекта, будто скорость света составляет всего 2 метра в секунду. Результаты опубликованы в журнале Communications Physics.

Физик Петер Шаттшнайдер объясняет, что если бы ракета пролетала мимо нас со скоростью 90% от скорости света, она выглядела бы в 2,3 раза короче. Это хорошо известное явление называется лоренцевским сокращением. Но вот сфотографировать такую «укороченную» ракету не получится: свет от разных её частей доходит до камеры не одновременно. Лучи от передней и задней частей объекта уходят в разное время, пока объект продолжает движение, и результатом становится не прямое искажение, а нечто похожее на поворот.

Если взять, например, движущийся куб, то, согласно расчетам, он будет выглядеть повернутым, даже если на самом деле просто летит мимо. Свет от дальнего угла куба уходит раньше, чем от ближнего, и в момент излучения задняя часть уже находилась в другом положении. Наш глаз или камера получают сразу оба фотона — и воспринимают куб не как укороченный, а как будто слегка развернутый.

Чтобы увидеть этот эффект, разогнать реальные объекты до нужных скоростей невозможно. Но австрийские учёные нашли обходной путь. Вместо разгона они искусственно снизили «скорость света» — не в буквальном смысле, а за счёт того, как и когда срабатывали лазерные импульсы и камера. Они перемещали куб и сферу по лаборатории и фиксировали отражение света от разных точек этих объектов в строго рассчитанные моменты времени. Получившиеся снимки собирались в единый кадр так, как если бы свет двигался с черепашьей скоростью — всего 2 м/с. И именно в таком виде визуализировался эффект Террелла–Пенроуза.

На видео куб действительно выглядит повёрнутым, а сфера — остаётся круглой, но с полюсом, сместившимся в сторону. Так, предсказание 1959 года стало реальным визуальным наблюдением.

Эта работа — не только победа физики, но и пример того, как искусство и наука могут вдохновлять друг друга. Всё началось с проекта испанского художника Энара де Диоса Родригеса, который несколько лет назад исследовал идею "медленного света" в рамках арт-эксперимента с участием тех же венских университетов. Именно этот проект подтолкнул учёных к поиску нестандартного подхода. Результаты исследования дают шанс лучше почувствовать и визуализировать эффекты теории относительности, которые до сих пор оставались почти абстрактной математикой.