En una extraña repercusión de la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein, los objetos que viajan cerca de la velocidad de la luz aparecen volteados.
El Teoría especial de la relatividado una relatividad especial para abreviar, describe lo que sucede con los objetos que viajan cerca del velocidad de luz. En particular, analiza dos repercusiones principales de moverse tan rápido. Una es que el tiempo parecería claramente pasar más lentamente para el objeto que viaja cerca de la velocidad de la luz en relación con los cuerpos de movimiento más lento a su alrededor. Esto se basa en un fenómeno llamado “dilatación del tiempo”, que también conduce al famoso Paradoja gemelase ha demostrado experimentalmente e incluso se considera al construir ciertos tipos de tecnología. Encuesta de posicionamiento global (GPS) Los satélites en órbita, por ejemplo, tienen que tener en cuenta la dilatación del tiempo al proporcionar datos de navegación precisos.
Otra consecuencia es lo que llamamos la contracción de longitud. “Supongamos que un cohete pasa más allá del 90% de la velocidad de la luz”, dijo Peter Schattschneider, profesor de física en Tu Wien, la Universidad Tecnológica de Viena, en un declaración. “Para nosotros, ya no tiene la misma longitud que antes, sino que es 2.3 veces más corta”.
Esto no significa que el cohete literalmente se contraiga, sino que parece contratado para un observador. Los astronautas a bordo del cohete, por ejemplo, aún medirían que su nave espacial sea de la misma longitud que siempre ha sido. Todo es relativo, de ahí el nombre de la teoría.
Una consecuencia de la contracción de longitud fue propuesta en 1959 por los físicos James Terrell y Roger Penrose. Conocido como el efecto Terrell -Penrose, predijo que los objetos que se mueven a una alta fracción de la velocidad de la luz deberían aparecer rotadas.
“Si quisieras tomar una foto del cohete mientras pasaba, tendrías que tener en cuenta que la luz de diferentes puntos tardó diferentes en llegar a la cámara”, dijo Schattschneider.
Por ejemplo, Schattschneider describe tratar de tomar una imagen de una nave espacial en forma de cubo, ¡tal vez un cubo Borg! – Moviéndose oblicuamente más allá de nosotros a casi la velocidad de la luz. Primero, necesitamos indicar lo obvio, que es que la luz emitida (o reflejada) desde una esquina en el lado más cercano del cubo nos lleva una distancia más corta que la luz desde la esquina del lado más lejano del cubo. Por lo tanto, dos fotones que parten al mismo tiempo de cada uno de esos dos esquinas nos alcanzarían en momentos ligeramente diferentes, porque un fotón tiene que viajar más lejos que el otro. Lo que esto significa está en una imagen fija, en la que los fotones capturados han llegado a una lente de cámara al mismo tiempo, el fotón desde la esquina más lejana debe haber salido antes de la esquina cercana para llegar sincrónicamente.
Hasta ahora, tan lógico. Sin embargo, este cubo no es estacionario: se mueve extremadamente rápido y cubre mucho terreno muy rápidamente.
Por lo tanto, en nuestra imagen hipotética fija de este cubo de exceso de velocidad, el fotón de la esquina más lejana se emitió antes que el fotón de la esquina cercano como se esperaba, excepto cuando el cubo estaba en un posición diferente. Y, debido a que el cubo se está moviendo a casi la velocidad de la luz, esa posición era muy diferente.
“Esto nos hace ver como si el cubo hubiera sido rotado”, dijo Schattschneider. Para cuando estos dos fotones nos alcanzan, la esquina en el lado más lejano parece que está en la esquina cercana, y viceversa.
Sin embargo, este efecto no se había observado antes; Acelerar cualquier otra cosa que no sea partículas a la velocidad de la luz requiere demasiada energía. Sin embargo, un equipo de investigadores de TU Wien y la Universidad de Viena, incluido Schattschneider, han encontrado una manera de simular las condiciones necesarias para rotar la imagen de un objeto relativista.
Los estudiantes Dominik Hnoff y Victoria Helm de Tu Wien realizaron un experimento en el que pudieron fabricar un escenario en el que pudieran fingir que la velocidad de la luz era de solo 6.56 pies (2 metros) por segundo. Esto tuvo el efecto de ralentizar todo el proceso para que pudieran capturarlo en una cámara de alta velocidad.
“Movimos un cubo y una esfera alrededor del laboratorio y usamos la cámara de alta velocidad para grabar los flashes láser reflejados desde diferentes puntos en estos objetos en diferentes momentos”, dijeron Hornoff y Helm en una declaración conjunta. “Si obtiene el tiempo correcto, puede crear una situación que produce los mismos resultados que si la velocidad de la luz no fuera más de dos metros por segundo”.
El cubo y la esfera se deformaron para imitar la contracción de longitud: el cubo, simulado para moverse al 80% de la velocidad de la luz, en realidad era un cuboides con una relación de aspecto de 0.6, mientras que la esfera se aplanó en un disco de acuerdo con una velocidad de 99.9% de la velocidad de luz.
Hnoff y Helm iluminaron el cubo y la esfera, respectivamente, con pulsos extremadamente cortos de un láser; También grabaron imágenes de la luz reflejada con exposiciones de cámara de solo un billonésimo de segundo (un lapso de tiempo conocido como picosegundo). Después de cada imagen, el cubo y la esfera fueron reposicionados como si se movieran cerca de la velocidad de la luz. Luego, las imágenes se combinaron para incluir solo aquellas en las que el láser ilumina cada objeto en el momento en que la luz se habría emitido si la velocidad de la luz fuera solo dos metros por segundo, en lugar del 983,571,056 pies (299,792,458 metros) por segundo.
“Combinamos las imágenes fijas en videoclips cortos de los objetos ultra rápido. El resultado fue exactamente lo que esperábamos”, dijo Schattschneider. “Un cubo parece retorcido, una esfera sigue siendo una esfera pero el Polo Norte está en un lugar diferente”.
El efecto Terrell-Penrose es solo otro ejemplo de cómo la naturaleza, cuando se empuja a los extremos, se vuelve revuelto, creando fenómenos bastante ajenos a nuestra existencia.
Los hallazgos se presentaron el 5 de mayo en la revista Física de las comunicaciones.