Το 2025, ερευνητές στην Αυστρία κατάφεραν να αποτυπώσουν οπτικά ένα φαινόμενο της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας που έχει διατυπωθεί πριν από 100 χρόνια. Πρόκειται για το φαινόμενο Terrell-Penrose, ή η περιστροφή του Terrell, ή φαινόμενο του Lampa-Terrell-Penrose, που περιγράφει πως όταν φωτογραφίζεται – με οποιαδήποτε μέθοδο – ένα αντικείμενο, που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός –θα εμφανίζεται ελαφρώς περιστρεφόμενο.
Για να αναπαραγάγουν αυτό το φαινόμενο πειραματικά, επιστήμονες από το κέντρο Κβαντικής Φυσικής και Τεχνολογίας της Βιέννης (TU Wien) και του πανεπιστημίου της Βιέννης, συνδύασαν λέιζερ και φωτογράφιση υψηλής ταχύτητας, μετατρέποντας έτσι την ταχύτητα του φωτός σε κάτι που μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Communications Physics.
Στην έρευνα, η ομάδα — με επικεφαλής τον Dominik Hornof και τον Peter Schattschneider — εξηγεί πώς ο φυσικός Anton Lampa διατύπωσε πρώτος τη θεωρία για αυτά τα φωτογραφικά φαινόμενα το 1924. Ο Lampa, ο οποίος είχε σπουδάσει και διδάξει στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, περιέγραψε τι πίστευε ότι θα συνέβαινε στην εμφάνιση μιας ράβδου καθώς αυτή πλησίαζε το κοσμικό όριο ταχύτητας — δηλαδή την ταχύτητα του φωτός.
35 χρόνια αργότερα, οι φυσικοί Roger Penrose και Nelson James Terrell κατέληξαν – καθένας μόνος του –, στο ίδιο, αλλά πιο προχωρημένο συμπέρασμα: μια φωτογραφία δεν θα απεικόνιζε το αντικείμενο ως συμπιεσμένο, όπως ίσως θα περίμενε κανείς, αλλά ως περιστρεφόμενο.
Με άλλα λόγια, αντί να βλέπει κανείς μία μόνο όψη ενός κύβου, θα έβλεπε δύο πλευρές και τη γωνία που σχηματίζουν, δηλαδή μια πιο ρεαλιστική αλλά ταυτόχρονα παραμορφωμένη οπτική προοπτική.
«Αν θέλατε να τραβήξετε μια φωτογραφία του πυραύλου καθώς περνούσε, θα έπρεπε να λάβετε υπόψη ότι το φως από διαφορετικά σημεία χρειάστηκε διαφορετικό χρόνο για να φτάσει στην κάμερα», εξήγησε ο Schattschneider σε ανακοίνωση του TU Wien. «Αυτό κάνει να φαίνεται σε εμάς σαν ο κύβος να είχε περιστραφεί».
Ωστόσο, η ταχύτητα του φωτός είναι 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Οι καλύτεροι επιταχυντές σωματιδίων — όπως αυτοί στο CERN ή το Fermilab — μπορούν να πλησιάσουν αρκετά, αλλά για διάφορους λόγους δεν μπορούμε να φωτογραφήσουμε σωστά αυτά τα σωματίδια ή να παρατηρήσουμε το σχήμα τους. Αντ’ αυτού, η ομάδα του TU Wien φαίνεται να εμπνεύστηκε από τη πανόραμα λειτουργία του iPhone: Τι θα γινόταν αν τεμαχίζαμε ένα αντικείμενο σε πολύ λεπτά τμήματα για να το φωτογραφίσουμε και στη συνέχεια ενώναμε αυτά τα τμήματα σε μια σύνθετη εικόνα;
Για να «τεμαχίσουν» το αντικείμενο, χρησιμοποίησαν μια διάταξη παρόμοια με κάτι που συνήθως προσπαθούμε να αποφύγουμε: την εκτυφλωτική αντανάκλαση έντονου φωτός. Στα σπίτια ή τα αυτοκίνητά μας προσπαθούμε να αποφύγουμε τις χειρότερες από αυτές τις αντανακλάσεις, αλλά ακριβώς αυτές είναι που χρειάζεται κανείς όταν φωτογραφίζει το φως σε μικροκλίμακα.
«Φωτίζουμε το αντικείμενο με παλμικό λέιζερ και τραβάμε τη φωτογραφία μετά από ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα καθυστέρησης. Το φως που αντανακλάται από μέρη του αντικειμένου που αντιστοιχούν στο αντίστοιχο μήκος οπτικής διαδρομής θα εμφανιστεί φωτεινό σε αυτή τη φωτογραφία», έγραψε η ομάδα.
Πώς οι επιστήμονες “επιβράδυναν” την ταχύτητα του φωτός
Με την προσέγγιση αυτή, η ομάδα κατάφερε να μειώσει την ταχύτητα του φωτός σε περίπου 2 μέτρα ανά δεύτερο. Είναι σαν να ενώσεις σχεδόν 150 εκατομμύρια φωτογραφίες από ένα ταξίδι στο Γκραντ Κάνιον.
«Συνδυάσαμε τις στατικές εικόνες σε μικρά κλιπ των εξαιρετικά γρήγορων αντικειμένων. Το αποτέλεσμα ήταν ακριβώς όπως το περιμέναμε», δήλωσε ο Schattschneider. «Ένας κύβος φαίνεται στρεβλωμένος, μια σφαίρα παραμένει σφαίρα, αλλά ο Βόρειος Πόλος βρίσκεται σε διαφορετική θέση».
Η ομάδα καταλήγει ότι η ίδια πειραματική διάταξη — ή κάποια παραλλαγή βασισμένη στο ίδιο σκεπτικό — θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μελετηθούν άλλες παρατηρήσεις της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας.