Космічний корабель на швидкості світла має дивний вигляд: фізики вперше побачили це (фото)

Дослідження опубліковано в журналі Communications Physics, пише Space.

Що відбувається з об'єктами, які рухаються майже зі швидкістю світла?

Спеціальна теорія відносності Ейнштейна описує, що відбувається з об'єктами, які рухаються майже зі швидкістю світла. Вона показує два основні наслідки такого швидкого руху.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Перший наслідок полягає в тому, що час для об'єкта, що рухається майже зі швидкістю світла, буде йти повільніше, ніж для об'єктів, що рухаються з меншою швидкістю навколо. Це відомо, як уповільнення часу.

Інший наслідок називається скороченням довжини. Уявіть собі космічний корабель, який проноситься повз на швидкості, що становить 90% швидкості світла. При спостереженні за цим кораблем він здаватиметься приблизно у 2 рази коротшим, ніж є насправді.

Ефект, який ще ніхто ніколи не бачив

Як ми бачимо, і час, і довжина є відносними. Є один ефект, що виходить зі спеціальної теорії відносності, який ще ніхто ніколи не бачив. Він називається ефект Террелла-Пенроуза. У 1959 році фізики Джеймс Террелл і Роджер Пенроуз передбачили, що об'єкти, які рухаються зі швидкістю, що становить більшу частину швидкості світла, повинні здаватися поверненими.

Автори дослідження кажуть, що для того, щоб сфотографувати космічний корабель, який пролітає повз, майже зі швидкістю світла, потрібно враховувати те, що світлу, що виходить із різних точок, потрібен різний час, щоб досягти камери.

Наприклад, уявіть космічний корабель у формі куба. Світло, відбите з кута на найближчій до нас стороні куба, проходить меншу відстань, ніж світло з кута на найдальшій стороні куба. Два фотони (частинки світла), що вилітають одночасно з кожного з двох кутів, досягнуть об'єктива камери в різний час, тому що один фотон повинен пролетіти більшу відстань. Це означає, що в нерухомому зображенні, в якому всі захоплені фотони досягли об'єктива камери в один і той самий час, фотон із дальнього кута повинен був вилетіти раніше, ніж із ближнього кута, щоб прибути синхронно. Але цей куб рухається дуже швидко і дуже швидко покриває більшу частину простору.

Таким чином, у гіпотетичному нерухомому зображенні куба, що прискорюється, фотон із дальнього кута був випущений раніше, ніж фотон із ближнього кута, як і очікувалося, за винятком випадків, коли куб перебував в іншому положенні. І оскільки куб рухається майже зі швидкістю світла, це положення дійсно буде зовсім іншим. Таким чином куб здаватиметься перевернутим. На той час, як два фотони досягнуть камери, кут на дальньому боці куба матиме такий вигляд, ніби він перебуває в ближньому кутку, і навпаки.

Фізики вперше довели давню теорію

Вчені знайшли спосіб побачити вперше ефект Террелла-Пенроуза в лабораторії і для цього вони використовували лазери і камеру дуже швидкої зйомки.

Фізики провели експеримент, в якому їм вдалося створити сценарій, в якому вони могли уявити, що швидкість світла становить лише 2 м/с. Це сповільнило весь процес, щоб вони могли зафіксувати його на камеру.

Вчені переміщали куб і сферу лабораторією і використовували камеру для запису лазерних спалахів, відбитих від різних точок цих об'єктів у різний час. Куб і сфера були деформовані для імітації скорочення довжини. Куб насправді був прямокутним паралелепіпедом, а сфера була сплющена в диск.

Фізики спрямовували на куб і сферу надзвичайно короткі лазерні промені та фіксували зображення відбитого світла з витримкою камери всього в одну трильйонну секунди. Після кожного зображення куб і сферу переставляли так, ніби вони рухалися зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Потім зображення об'єднували, щоб включити тільки ті, де кожен об'єкт висвітлювався лазером у той момент, коли світло було б випущено, якби швидкість світла становила всього 2 м/с, а не 300 000 000 м/с, як це є насправді.

Учені об'єднали нерухомі зображення в короткі відеокліпи надшвидких об'єктів. Результат виявився саме таким, як і очікувалося. Куб дійсно виглядав перевернутим, і хоча сфера залишалася сферою, її полюси були також перевернуті.

Як уже писав Фокус, світло не таке, як ми думаємо. Експерименти з атомами водню незабаром можуть показати, чи існують частинки, існування яких забороняє Стандартна модель фізики елементарних частинок.