Эффектом Террелла-Пенроуза называется визуальная иллюзия, согласно которой объекты, которые движутся с околосветовой скоростью, должны казаться немного перевернутыми относительно наблюдателя. Этот феномен был теоретически описан независимо друг от друга двумя физиками — Джеймсом Терреллом и Роджером Пенроузом — еще в 1959 году, однако до сих пор он оставался в категории чистых предсказаний, которые невозможно воспроизвести на практике. Ученым из Технического университета Вены удалось впервые воссоздать это оптическое искажение в лабораторных условиях, используя лазерные импульсы и высокоскоростные камеры.
Суть эффекта связана с тем, что свет, отраженный от различных участков движущегося объекта достигает глаза наблюдателя в разные моменты времени. Когда объект, например куб, движется с огромной, околосветовой, скоростью, свет от его дальней грани проходит больший путь, чем от ближней. Это означает, что свет от задней грани был излучен раньше, когда объект находился еще в другой точке пространства. В результате создается оптическая иллюзия, будто бы куб немного повернут — хотя в действительности он движется строго прямолинейно. Это не имеет значения для обычной фотографии или наблюдения, допустим, за болидом «Формулы-1»: скорость света настолько велика, что разница в путях света пренебрежимо мала. Однако при скоростях, приближающихся к световым, эффект становится очевидным.
Проблема в том, что на практике разогнать объект до таких скоростей, чтобы запечатлеть это искажение напрямую, невозможно. Ученые нашли элегантный выход: они смоделировали ситуацию, при которой свет как бы распространяется с очень низкой скоростью — всего 2 метра в секунду. Это позволило им воспроизвести все необходимые условия для проявления эффекта. Исследователи перемещали макеты геометрических тел — куба и сферы — по лаборатории и фиксировали лазерные импульсы, отраженные от разных точек этих тел в разные моменты времени. При точной синхронизации движения таким образом можно визуально воссоздать таким образом эффект Террелла-Пенроуза.
Полученные фотографии ученые объединили в видеофрагменты, на которых куб действительно выглядел как будто повернутым, а сфера, хотя и сохраняла форму, демонстрировала смещение своего «северного» полюса. Таким образом, эксперимент позволил визуализировать неуловимый ранее эффект — показать, как выглядели бы тела, если бы мы могли видеть их при движении с околосветовой скоростью.
Интересно, что идея этого эксперимента возникла не только из научного интереса. Все началось с художественно-научного проекта испанской художницы Энар де Диос Родригес, которая совместно с учеными австрийских университетов изучала возможности ультрабыстрой фотографии и «замедления» скорости света. Редкая встреча искусства и науки позволила в итоге визуально воспроизвести одну из парадоксальных частей теории относительности, которая до сих пор существовала лишь на страницах учебников по теоретической физике.
Тем временем ученые собираются проверить теорию относительности в космических условиях.
