Космический корабль на скорости света выглядит странно: физики впервые увидели это (фото)

Исследование опубликовано в журнале Communications Physics, пишет Space.

Что происходит с объектами, которые двигаются почти со скоростью света?

Специальная теория относительности Эйнштейна описывает, что происходит с объектами, которые двигаются почти со скоростью света. Она показывает два основных последствия такого быстрого движения.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Первое последствие заключается в том, что время для объекта, движущегося почти со скоростью света, будет идти медленнее, чем для объектов, движущихся с меньшей скоростью вокруг. Это известно, как замедление времени.

Другое последствие называется сокращением длины. Представьте себе космический корабль, который проносится мимо на скорости, которая составляет 90% скорости света. При наблюдении за этим кораблем он будет казаться примерно в 2 раза короче, чем есть на самом деле.

Эффект, который еще никто никогда не видел

Как мы видим, и время и длина являются относительными. Есть один эффект, исходящий из специальной теории относительности, который еще никто никогда не видел. Он называется эффект Террелла–Пенроуза. В 1959 году физики Джеймс Террелл и Роджер Пенроуз предсказали, что объекты, движущиеся со скоростью, составляющей большую часть скорости света, должны казаться повернутыми.

Авторы исследования говорят, что для того, чтобы сфотографировать пролетающий мимо почти со скоростью света космический корабль нужно учитывать то, что свету, исходящему из разных точек, требуется разное время, чтобы достичь камеры.

Например, представьте космический корабль в форме куба. Свет, отраженный из угла на ближайшей к нам стороне куба, проходит меньшее расстояние, чем свет из угла на самой дальней стороне куба. Два фотона (частицы света), вылетающие одновременно из каждого из двух углов, достигнут объектива камеры в разное время, потому что один фотон должен пролететь большее расстояние. Это означает, что в неподвижном изображении, в котором все захваченные фотоны достигли объектива камеры в одно и то же время, фотон из дальнего угла должен был вылететь раньше, чем из ближнего угла, чтобы прибыть синхронно. Но этот куб движется очень быстро и очень быстро покрывает большую часть пространства.

Таким образом, в гипотетическом неподвижном изображении ускоряющегося куба фотон из дальнего угла был выпущен раньше, чем фотон из ближнего угла, как и ожидалось, за исключением случаев, когда куб находился в другом положении. И поскольку куб движется почти со скоростью света, это положение действительно будет совсем другим. Таким образом куб будет казаться перевернутым. К тому времени, как два фотона достигнут камеры угол на дальней стороне куба будет выглядеть так, как будто он находится в ближнем углу, и наоборот.

Физики впервые доказали давнюю теорию

Ученые нашли способ увидеть впервые эффект Террелла–Пенроуза в лаборатории и для этого они использовали лазеры и камеру очень быстрой съемки.

Физики провели эксперимент, в котором им удалось создать сценарий, в котором они могли представить, что скорость света составляет всего 2 м/с. Это замедлило весь процесс, чтобы они могли запечатлеть его на камеру.

Ученые перемещали куб и сферу по лаборатории и использовали камеру для записи лазерных вспышек, отраженных от разных точек этих объектов в разное время. Куб и сфера были деформированы для имитации сокращения длины. Куб на самом деле был прямоугольным параллелепипедом, а сфера была сплющена в диск.

Физики направляли на куб и сферу чрезвычайно короткие лазерные лучи и фиксировали изображения отраженного света с выдержкой камеры всего в одну триллионную секунды. После каждого изображения куб и сферу переставляли так, как будто они двигались со скоростью, близкой к скорости света. Затем изображения объединяли, чтобы включить только те, где каждый объект освещался лазером в тот момент, когда свет был бы выпущен, если бы скорость света составляла всего 2 м/с, а не 300 000 000 м/с, как это есть на самом деле.

Ученые объединили неподвижные изображения в короткие видеоклипы сверхбыстрых объектов. Результат оказался именно таким, как и ожидалось. Куб действительно выглядел перевернутым, и хотя сфера оставалась сферой, ее полюса были также перевернуты.

Как уже писал Фокус, свет не такой, как мы думаем. Эксперименты с атомами водорода вскоре могут показать, существуют ли частицы, существование которых запрещает Стандартная модель физики элементарных частиц.