Έναν αιώνα μετά τη διατύπωση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, επιστήμονες στην Αυστρία κατάφεραν να αποδώσουν οπτικά ένα από τα πιο παράξενα και εντυπωσιακά φαινόμενά της – εκείνο που προβλέπει πώς ένα αντικείμενο που κινείται με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός δεν φαίνεται συμπιεσμένο, αλλά… περιστρεφόμενο. Το φαινόμενο αυτό, γνωστό ως Terrell–Penrose ή και Lampa–Terrell–Penrose effect, είχε θεωρηθεί για δεκαετίες ένα καθαρά θεωρητικό κατασκεύασμα.
Το 2025, ερευνητές από το Κέντρο Κβαντικής Φυσικής και Τεχνολογίας του Τεχνικού Πανεπιστημίου της Βιέννης (TU Wien) και το Πανεπιστήμιο της Βιέννης κατάφεραν να το «ζωντανέψουν» μέσα στο εργαστήριο, μετατρέποντας τη σχετικότητα σε κάτι που μπορούμε κυριολεκτικά να δούμε με τα μάτια μας. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Communications Physics, προκαλώντας διεθνές ενδιαφέρον.
Από τον Lampa στον Penrose – Μια ιδέα εκατό ετών
Η ιστορία του φαινομένου ξεκινά ήδη από το 1924, όταν ο Αυστριακός φυσικός Anton Lampa διατύπωσε πρώτος την ιδέα ότι η φωτογραφική απεικόνιση ενός αντικειμένου που κινείται με τεράστια ταχύτητα δεν θα ήταν απλή — καθώς το φως από κάθε σημείο του θα χρειάζεται διαφορετικό χρόνο για να φτάσει στον παρατηρητή.
Τρεις δεκαετίες αργότερα, οι φυσικοί Roger Penrose και James Terrell κατέληξαν, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, στο ίδιο συμπέρασμα, διατυπώνοντας το φαινόμενο με μαθηματική ακρίβεια. Αντί το αντικείμενο να φαίνεται «συμπιεσμένο» λόγω της σχετικής κίνησης, όπως θα περίμενε κανείς, η εικόνα του εμφανίζεται ελαφρώς στρεβλωμένη και περιστρεφόμενη.
Έτσι, ένας κύβος σε κίνηση δεν δείχνει επίπεδο, αλλά μοιάζει να έχει γυρίσει ελαφρά, αποκαλύπτοντας δύο όψεις του ταυτόχρονα – μια οπτική ψευδαίσθηση που γεννιέται από την καθυστέρηση του φωτός.
Η πρόκληση: Πώς «φωτογραφίζεις» τη σχετικότητα;
Η ταχύτητα του φωτός – 299.792.458 μέτρα το δευτερόλεπτο – είναι φυσικά αδύνατον να επιτευχθεί για υλικά σώματα. Ούτε οι ισχυρότεροι επιταχυντές σωματιδίων, όπως εκείνοι του CERN ή του Fermilab, δεν μπορούν να προσφέρουν μια «φωτογραφία» τέτοιων αντικειμένων. Έτσι, η ομάδα της Βιέννης έπρεπε να σκεφτεί διαφορετικά.
Εμπνευσμένοι από τη λειτουργία πανοραμικής φωτογράφισης των σύγχρονων κινητών τηλεφώνων, οι ερευνητές επινόησαν μια πρωτότυπη μέθοδο: τεμάχισαν χρονικά την εικόνα ενός αντικειμένου σε εξαιρετικά λεπτές «στιγμές», τις οποίες ένωσαν στη συνέχεια σε μια σύνθετη φωτογραφία.
Η τεχνική: επιβραδύνοντας το φως
Χρησιμοποιώντας παλμικά λέιζερ και φωτογράφιση υψηλής ταχύτητας, δημιούργησαν μια διάταξη που βασίζεται σε κάτι που συνήθως προσπαθούμε να αποφύγουμε: την εκτυφλωτική αντανάκλαση. Κάθε παλμός φωτός αντανακλάται διαφορετικά πάνω στο αντικείμενο, αποκαλύπτοντας τη χρονική καθυστέρηση με την οποία φτάνει το φως σε κάθε σημείο της κάμερας.
Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές κατάφεραν να «επιβραδύνουν» το φως σε περίπου δύο μέτρα το δευτερόλεπτο, προσομοιώνοντας έτσι συνθήκες που θυμίζουν κοσμικές ταχύτητες. Η επεξεργασία εκατομμυρίων μικροφωτογραφιών δημιούργησε μικρά βίντεο στα οποία τα αντικείμενα παραμορφώνονται ακριβώς όπως προβλέπει η ειδική θεωρία της σχετικότητας.
«Ένας κύβος φαίνεται να στρεβλώνεται και να γέρνει, ενώ μια σφαίρα διατηρεί το σχήμα της, αλλά με τον “Βόρειο Πόλο” της να έχει μετατοπιστεί», εξήγησε ο καθηγητής Peter Schattschneider, μέλος της ερευνητικής ομάδας.
Πέρα από τη θεωρία
Η μελέτη αυτή δεν αποτελεί απλώς εντυπωσιακό οπτικό πείραμα, αλλά και απόδειξη ότι οι αφηρημένες αρχές της σχετικότητας μπορούν να βρουν εφαρμογή σε ορατή κλίμακα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η ίδια μεθοδολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την πειραματική μελέτη και άλλων φαινομένων της ειδικής σχετικότητας ή ακόμη και για τη βελτίωση τεχνολογιών απεικόνισης σε μικροκλίμακα.
