Χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ και ειδικές κάμερες, επιστήμονες ήταν σε θέση να φτιάξουν μια προσομοίωση οπτικής ψευδαίσθησης που φαίνεται να «αψηφά» την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάν.
Μία συνέπεια της Ειδικής Σχετικότητας είναι πως τα ταχέως κινούμενα αντικείμενα θα φαίνονταν «στενεμένα/ κοντεμένα» προς την κατεύθυνση της κίνησης- ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως Μετασχηματισμοί Λόρεντς. Το φαινόμενο αυτό έχει επιβεβαιωθεί έμμεσα σε πειράματα με επιταχυντές σωματιδίων. Ωστόσο το 1959 ο μαθηματικός Ρότζερ Πενρόουζ και ο φυσικός Τζέιμς Τερέλ υπέδειξαν πως ένας παρατηρητής με κάμερα δεν θα έβλεπε καν ένα αντικείμενο έτσι. Αντ’αυτού, επειδή το φως από διαφορετικά σημεία του αντικειμένου έκανε διαφορετικούς χρόνους για να φτάσει στην κάμερα, θα φαινόταν παραμορφωμένο μεν, αλλά με άλλο τρόπο.
Αν και προηγούμενα μοντέλα είχαν δουλέψει με αυτή την ψευδαίσθηση (φαινόμενο Τερέλ- Πένροουζ), αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται σε εργαστήριο. Η ομάδα παρουσίασε τα αποτελέσματα της έρευνάς της στο Communications Physics.
«Αυτό που μου αρέσει πιο πολύ είναι η απλότητα» είπε στο Live Science ο Ντόμινικ Χόρνοφ, κβαντικός φυσικός στο Πολυτεχνείο της Βιέννης και πρώτος συντάκτης της έρευνας. «Με τη σωστή ιδέα μπορείς να αναδημιουργήσεις τις επιπτώσεις της σχετικότητας σε ένα μικρό εργαστήριο. Δείχνει πως ακόμα και προβλέψεις ηλικίας αιώνα μπορούν να “ζωντανέψουν”».
Στη νέα έρευνα φυσικοί χρησιμοποίησαν εξαιρετικά ταχείς παλμούς λέιζερ και ειδικές κάμερες για να παράγουν εικόνες ενός κύβου και μιας σφαίρας που «κινούνταν» σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Τα αποτελέσματα έδειξαν εικόνες αντικειμένων σε περιστροφή, κάτι που απέδειξε ότι το φαινόμενο Τερέλ- Πένροουζ είναι πραγματικό.
Ωστόσο όπως και σε κάθε μελέτη, αυτό είχε τις δυσκολίες του. Η κίνηση οποιουδήποτε αντικειμένου στην ταχύτητα του φωτός ή κοντά σε αυτήν είναι αυτή τη στιγμή αδύνατη. «Στη θεωρία του Αϊνστάιν, όσο πιο γρήγορα κινείται κάτι, τόσο περισσότερο αυξάνεται η μάζα του. Καθώς πλησιάζεις όλο και περισσότερο την ταχύτητα του φωτός, η ενέργεια που χρειάζεσαι αυξάνεται πολύ» είπε ο Χόρνοφ. Δεν είναι δυνατή η παραγωγή επαρκούς ενέργειας για να επιταχύνεται κάτι σαν κύβος, και «για αυτό χρειαζόμαστε γιγαντιαίους επιταχυντές σωματιδίων, ακόμα και μόνο για να κινήσουμε ηλεκτρόνια κοντά σε αυτή την ταχύτητα. Θα χρειαζόταν τεράστια ποσότητα ενέργειας» πρόσθεσε.
Η ομάδα, οπότε, χρησιμοποίησε ένα υποκατάστατο: «Αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να μιμηθούμε το οπτικό φαινόμενο» είπε ο Χόρνοφ. Άρχισαν με έναν κύβο ακμής περίπου ενός μέτρου σε κάθε πλευρά. Μετά εξέπεμψαν εξαιρετικά σύντομους παλμούς λέιζερ- ο καθένας διάρκειας 300 picoseconds, ή περίπου ενός δεκάτου του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου- στο αντικείμενο. «Έπιασαν» το φως που αντανακλάται με ειδική κάμερα που άνοιγε μόνο για μια στιγμή και παρήγαγε μια λεπτή «φέτα» κάθε φορά. «Όταν συνδυάσεις όλες τις φέτες, το αντικείμενο φαίνεται σαν να κινείται απίστευτα γρήγορα, αν και ποτέ δεν κινήθηκε στην πραγματικότητα» είπε ο Χόρνοφ. «Στο τέλος, είναι απλώς γεωμετρία».
Επανέλαβαν τη διαδικασία με μια σφαίρα, μετατοπίζοντάς την κατά 6 εκατοστά ανά βήμα για να μιμηθούν το 99,9% της ταχύτητας του φωτός. Όταν οι «φέτες» συνδυάστηκαν, ο κύβος φάνηκε να έχει περιστραφεί και η σφαίρα ήταν και αυτή σαν να μπορούσες να δεις όλες τις πλευρές της.
«Η περιστροφή δεν είναι φυσική…είναι μια οπτική ψευδαίσθηση. Η γεωμετρία του πώς το φως καταφθάνει την ίδια στιγμή ξεγελά τα μάτια μας» σημείωσε ο Χόρμοφ. Ως εκ τούτου, το φαινόμενο Τερέλ- Πένροουζ δεν έρχεται σε αντίθεση με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ένα ταχέως κινούμενο αντικείμενο «στενεύει» προς την κατεύθυνση που ταξιδεύει, μα μια κάμερα δεν το πιάνει αυτό ευθέως: Επειδή το φως από πίσω χρειάζεται περισσότερο για να φτάσει εκεί από ό,τι το φως από τα εμπρός, η εικόνα αλλάζει με τρόπο που κάνει το αντικείμενο να φαίνεται να έχει περιστραφεί.
