Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jak vyplývá ze speciální teorie relativity, objekt pohybující se rychlostí blízkou rychlosti světla má (pro pozorovatele) jinou délku, než když je v klidu, a čas pro něj plyne jinak než v laboratoři. To vše bylo opakovaně potvrzeno experimenty.
Jeden zajímavý důsledek teorie relativity však dosud pozorován nebyl – takzvaný Terrell-Penroseův jev. V roce 1959 fyzikové James Terrell a Roger Penrose (nositel Nobelovy ceny za rok 2020) nezávisle na sobě dospěli k závěru, že rychle se pohybující objekty by se měly jevit jako pootočené. Tento efekt však nebyl dosud nikdy prokázán. Nyní se ve spolupráci TU Wien a Vídeňské univerzity poprvé podařilo efekt reprodukovat pomocí laserových pulzů a přesných kamer.
„Předpokládejme, že kolem nás proletí raketa rychlostí 90 % rychlosti světla. Pro nás už nemá stejnou délku jako před startem, ale je 2,3krát kratší,“ vysvětluje spoluautor nové studie Peter Schattschneider z TU Wien. Tuto kontrakci však nelze vyfotografovat. „Kdybyste chtěli vyfotografovat raketu, jak prolétá kolem, museli byste vzít v úvahu, že světlo z různých bodů potřebuje k dosažení fotoaparátu různě dlouhou dobu.“ Světlo vycházející z různých částí objektu a přicházející k objektivu nebo našemu oku ve stejnou dobu nebylo vyzařováno ve stejnou dobu – a to má za následek komplikované optické efekty.
Představme si, že superrychlým objektem je krychle. Pak je jedna ze stěn vzdálenější než druhá. Pokud k našemu oku dorazí současně dva fotony, jeden z předního a druhý ze zadního rohu krychle, foton ze zadního rohu urazil delší cestu. Musel být tedy vyzářen v dřívějším čase. A v té době se krychle nenacházela ve stejné poloze jako v době, kdy bylo světlo vysláno z předního rohu.
„Díky tomu se nám zdá, jako by byla krychle otočená,“ říká Schattschneider. Jde o kombinaci relativistické délkové kontrakce a rozdílné doby cesty světla z různých bodů. Dohromady to vede ke zdánlivé rotaci, jak právě předpověděli Terrell a Penrose. U rakety pohybující se rychlostí blízkou rychlosti světla by tento efekt byl jasně viditelný. To je mimo naše současné možnosti; pomocí extrémně krátkých laserových pulzů a vysokorychlostní kamery se ale vědcům nyní v laboratoři podařilo vytvořit obdobu tohoto jevu.
„Pohybovali jsme krychlí a koulí po laboratoři a pomocí vysokorychlostní kamery jsme zaznamenávali laserové záblesky odražené od různých bodů těchto objektů v různých časech,“ uvádějí experimentátoři. „Pokud se vám podaří správně načasovat, můžete vytvořit situaci, která přinese stejné výsledky, jako kdyby rychlost světla nebyla vyšší než 2 metry za sekundu.“
Podařilo se tak zahrnout faktor času: objekt je vyfotografován v mnoha různých časech. Pak se oblasti osvětlené laserovým zábleskem v okamžiku, kdy by z daného bodu vyšlo světlo, kdyby rychlost světla byla pouze 2 m/s, spojí do jednoho statického snímku. Terrellův-Penroseův jev se tak zviditelní: Krychle se jeví jako zkroucená, koule zůstává koulí, ale její severní pól se nachází na jiném místě.
Dominik Hornof et al, A snapshot of relativistic motion: visualizing the Terrell-Penrose effect, Communications Physics (2025). DOI: 10.1038/s42005-025-02003-6
Zdroj: Vienna University of Technology / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka PH: Jak byste odpověděli na otázku bez přemýšlení? Jak bude vypadat koule letící kolem vás rychlostí blízkou rychlosti světla. Asi bych odpověděl, že kvůli relativistickému zkrácení ve směru pohybu to bude elipsoid. Chyba.
