Ученые «замедлили» свет и сняли невидимое на камеру!
Ученые совершили революционное открытие в области физики, впервые получив фотографии объектов, движущихся практически со скоростью света.
Команда физиков разработала уникальный метод визуализации релятивистских эффектов, который позволяет наблюдать явления, предсказанные теорией относительности.
Используя специальную установку с пикосекундными лазерными импульсами и сверхбыструю камеру LaVision PicoStar HR12, учёные смогли виртуально замедлить скорость света до менее чем 2 метров в секунду.
В эксперименте использовались два объекта: сфера диаметром 1 метр, движущаяся со скоростью 0,999 от скорости света, и куб со стороной 1 метр, движущийся со скоростью 0,8 от скорости света. Объекты были искусственно сжаты вдоль направления движения, чтобы имитировать эффект сокращения Лоренца.
Важно понимать!!!
В данном эксперименте авторы не разгоняли физические объекты до 99,9% скорости света (что практически невозможно для макроскопических тел). Вместо этого они использовали хитрый метод имитации релятивистских эффектов с помощью сверхбыстрой съёмки и искусственного «замедления» скорости света в лабораторных условиях.
Эффект сокращения Лоренца — это явление, при котором длина движущегося объекта кажется меньшей, чем его собственная длина, измеренная в собственной системе отсчёта объекта.
Самым удивительным результатом стало наблюдение эффекта поворота объектов вместо их сжатия. Это явление было предсказано ещё в 1959 году Роджером Пенроузом и Джеймсом Терреллом, но до сих пор его не удавалось продемонстрировать в лабораторных условиях. Суть эффекта заключается в том, что свет от разных частей объекта достигает камеры одновременно, но был испущен в разные моменты времени.
В результате на фотографии дальние части объекта видны с более ранних позиций, а ближние — с более поздних, создавая эффект поворота. Исследователи планируют расширить свой метод для изучения других релятивистских явлений, включая знаменитый мысленный эксперимент с «поездом».
В этом эксперименте авторы не разгоняли реальные объекты до околосветовых скоростей — вместо этого они искусственно воссоздали условия, эквивалентные движению со скоростями 0,999c и 0,8c. Для этого использовались два ключевых приёма. Во-первых, объекты были физически деформированы в соответствии с формулами Лоренцева сокращения: сфера диаметром 1 метр была сжата до почти плоского диска (что соответствует скорости 0,999c), а куб со стороной 1 метр превратили в кубоид с соотношением сторон 1:1:0,6 (для скорости 0,8c).
Во-вторых, движение моделировалось с помощью сверхбыстрой съёмки. Лазерные импульсы длительностью в пикосекунды освещали объект, а камера с выдержкой менее 300 фемтосекунд фиксировала отражённый свет. Между кадрами объект смещали на строго рассчитанные расстояния — например, на 6 см для сферы и 4,8 см для куба. Эти смещения соответствовали тому, как бы двигались объекты при скоростях 0,999c и 0,8c, если бы скорость света была искусственно «замедлена» до 2 м/с в масштабах эксперимента.
Таким образом, хотя сами объекты не двигались с релятивистскими скоростями, их деформация и синхронизация с импульсами света позволили точно воспроизвести визуальные эффекты, предсказанные Терреллом и Пенроузом. Это дало возможность впервые экспериментально показать, что быстро движущиеся объекты выглядят не сжатыми, а повёрнутыми — без необходимости достигать реальных околосветовых скоростей.
Автор: Осипов Илья Александрович, лектор «Смоленского Планетария» имени Ю. А. Гагарина. (2022-2024)
