a) Lepotilanteen kuution kalibrointikuva, jossa on perspektiivisimulaatio kameran sijainnista (valkoiset viivat).
b) Lorentzin mukaan supistetun pallon Terrellin kierto, joka liikkuu nopeudella 0.999 c.
c) Kuution Terrellin kierto, jossa simulaatio (valkoiset ääriviivat) on päällekkäin kokeellisten tulosten kanssa havainnon ohjaamiseksi ja teorian vahvistamiseksi.
b) Lorentzin mukaan supistetun pallon Terrellin kierto, joka liikkuu nopeudella 0.999 c.
c) Kuution Terrellin kierto, jossa simulaatio (valkoiset ääriviivat) on päällekkäin kokeellisten tulosten kanssa havainnon ohjaamiseksi ja teorian vahvistamiseksi.
Koe suoritettiin säätämällä laserin salamoiden synkronointia simuloimaan valonnopeuden hidastumista 2 metriin sekunnissa. Tämä temppu mahdollisti ilmiön visualisoimisen ilman todellisia suhteellisia nopeuksia. Saatu kuva osoittaa selvästi objektien näennäisen pyörimisen, vahvistaen siten teoreettisia ennusteita.
Peter Schattschneider ja hänen tiiminsä yhdistivät eri aikoina otettuja kuvia luodakseen videoita, jotka näyttävät ilmiön. Kuutio näyttää todellakin vääntyneeltä, kun taas pallo säilyttää muotonsa, mutta sen pohjoisnapa näyttää liikkuvan. Nämä tulokset avaavat uusia näkökulmia suhteellisten ilmiöiden tutkimiseen.
Tämä tutkimus on ainutlaatuinen yhteistyö taiteen ja tieteen välillä. Taiteilija Enar de Dios Rodriguez on ollut keskeisessä roolissa aloittaessaan projektin, joka tutkii erittäin nopeaa valokuvausta. Tämä monitieteinen lähestymistapa on mahdollistanut aiemmin pelkästään teoreettisen ilmiön näkyväksi tekemisen.
Tämän löydön vaikutukset ulottuvat yli pelkän ennusteen vahvistamisen. Se tarjoaa uuden tavan visualisoida ja ymmärtää suhteellisuuden vastakkaisia vaikutuksia. Tämä edistysaskel voisi myös inspiroida uusia opetusmenetelmiä suhteellisen fysiikan opetuksessa.
Tiimi aikoo nyt tutkia muita suhteellisuuteen liittyviä optisia ilmiöitä. Nämä työt voivat lopulta johtaa uusiin sovelluksiin erittäin nopeassa kuvantamisessa tai kosmisten ilmiöiden simuloinnissa.
Mikä on pituuden supistuminen suhteellisuudessa?
Pituuden supistuminen on ilmiö, jonka Einstein ennusti suhteellisuuden erityisteoriassa. Se tarkoittaa, että liikkuvan objektin pituus lyhenee sen liikesuunnassa, kun sitä tarkastellaan levossa olevan havaitsijan näkökulmasta.
Tämä ilmiö tulee merkittäväksi vain valonnopeuteen lähellä. Esimerkiksi avaruusalus, joka liikkuu 90 % valonnopeudesta, näyttäisi olevan noin 2,3 kertaa lyhyempi ulkoisen havaitsijan silmissä.
Pituuden supistuminen ei ole optinen illuusio, vaan todellinen seuraus aika-avaruuden rakenteesta. Se liittyy aikadilaatioon, joka on toinen keskeinen ilmiö suhteellisessa erityisteoriassa.
Vaikka se on vastoin intuitiota, tämä ennuste on vahvistettu monilla kokeilla, erityisesti subatomisten hiukkasten kanssa, joita on kiihdytetty suhteellisilla nopeuksilla.
Kuinka erittäin nopea kuvantaminen toimii?
Erittäin nopea kuvantaminen mahdollistaa tapahtumien tallentamisen, jotka tapahtuvat muutamassa nanosekunnissa tai vähemmän. Se perustuu kameroihin, jotka pystyvät ottamaan miljoonia kuvia sekunnissa, ja erittäin lyhyisiin valonlähteisiin, kuten femtosekuntilasereihin.
Tässä kokeessa tutkijat käyttivät äärimmäisen lyhyitä laserimpulsseja "jäädyttääkseen" objektien liikettä. Synkronoimalla nämä salamat tarkasti erittäin nopean kameran kanssa he pystyivät rekonstruoimaan Terrell-Penrose-ilmiön.
Tämä tekniikka on verrattavissa stroboskooppiseen valokuvaukseen, jossa liikkuvaa kohtaa valaistaan erittäin lyhyillä salamoilla. Ero on aikatarkkuudessa, joka on oltava nanosekunnin luokkaa näissä kokeissa.
Erittäin nopean kuvantamisen sovellukset vaihtelevat perustutkimuksesta teollisuuteen ja lääketieteeseen. Se mahdollistaa muun muassa liian nopeiden ilmiöiden tutkimisen ihmisen silmälle, kuten shokkiaallot tai kemialliset reaktiot.