Einstein by sa potešil. Vedcom sa podarilo spomaliť svetlo. To, čo potom zachytili kamerou, vyráža dych
Výskumníci vytvorili experiment, v rámci ktorého môžeš vidieť, ako vyzerá teória relativity v praxi a výsledky sú naozaj fantastické.
Albert Einstein tvrdil, že keď sa niečo pohybuje rýchlosťou blízkou svetlu, svet sa začne správať úplne inak. Dĺžky sa skrátia, čas sa spomalí a z bežnej reality sa stane zvláštny vizuálny paradox. A teraz sa to prvýkrát podarilo ukázať naživo.
Vedci z Technickej univerzity vo Viedni a Univerzity vo Viedni použili malý trik. V laboratóriu „spomalili“ svetlo na neuveriteľných 2 metre za sekundu. Nie v skutočnosti, samozrejme, ale pomocou kombinácie femtosekundových laserov a ultrarýchlej kamery, ktorá dokáže nasnímať milióny snímok za sekundu. Femtosekunda je bilióntina sekundy, časový úsek tak krátky, že sa v ňom aj svetlo pohne len o zlomok milimetra. Touto technikou, podobnou extrémnej stroboskopickej fotografii, vedci doslova „krájali“ čas a pohyb na mikroskopické úseky, ktoré potom poskladali do výsledného obrazu.
Vďaka tomu sa im podarilo simulovať situáciu, kde sa svetlo šíri extrémne pomaly a predmety sa pohybujú takmer svetelnou rýchlosťou. Výsledok? Fyzici po prvýkrát zachytili na obraze efekt, o ktorom sa doteraz len teoretizovalo, Terrell-Penrose efekt.
Keď rýchlosť prekrúti realitu
Predstav si, že okolo teba preletí raketa, ktorá sa rúti deväťdesiat percent rýchlosťou svetla. Pre teba už nebude mať rovnakú dĺžku ako pred štartom, bude asi 2,3-krát kratšia. Tento jav sa volá Lorentzova kontrakcia a je základom špeciálnej teórie relativity.
Lenže tu prichádza paradox. Ak by si tú raketu chcel odfotiť, neuvidíš skrátený tvar, ale zvláštne pootočenie. Dôvod je fascinujúci, na fotografii sa Lorentzova kontrakcia a oneskorenie svetla presne vykompenzujú. Skutočná kontrakcia raketu fyzicky skracuje, no svetlo zo zadnej časti musí precestovať dlhšiu vzdialenosť a teda sa k tebe dostane neskôr. Tento časový posun obraz opticky natiahne. Dva protichodné efekty, fyzické skrátenie a optické natiahnutie, sa tak dokonale zrušia. A výsledkom nie je kratší objekt, ale ilúzia rotácie okolo osi kolmej na smer pohybu.
Neprehliadni
Kocka, ktorá sa „sama otočila“
Presne tento zvláštny jav sa teraz vedcom z Viedne podarilo simulovať. Namiesto rakety použili kovovú kocku a guľu, ktoré pohybovali po laboratóriu. Laserové záblesky nasvietili jednotlivé body objektu v presne vypočítaných momentoch a vysokorýchlostná kamera zachytila každý okamih.
Potom všetky snímky spojili dokopy tak, akoby sa svetlo šírilo extrémne pomaly, len dva metre za sekundu. Vznikol tak obraz, ktorý zodpovedá tomu, čo by sme videli, keby sa objekt pohyboval takmer svetelnou rýchlosťou.
Vo výsledku kocka vyzerala pootočená, guľa zostala guľou, ale jej „severný pól“ sa zdal byť na inom mieste. Presne ako predpovedala teória.
Zaujímavosťou je, že jeden z autorov tejto myšlienky, Roger Penrose, bol vždy posadnutý tým, ako vnímame priestor a tvar. Spolu s Jamesom Terrellom už v roku 1959 predpovedal, že superrýchle objekty sa nebudú zdať kratšie, ale pootočené. No Penrose nebol len teoretik relativity, získal Nobelovu cenu za fyziku v roku 2020 za objavy o čiernych dierach a preslávil sa aj ako autor optických paradoxov.
V 50. rokoch vynašiel spolu so svojím otcom známy Penroseov trojuholník. Ide o neexistujúci objekt, ktorý vyzerá, že sa dá postaviť, hoci to nie je možné. Je preto symbolické, že práve on stojí aj za odhalením ďalšej ilúzie, no tentoraz nie v geometrii, ale v samotnom priestore a čase.
Celý experiment vznikol netradične, ako umelecko-vedecký projekt. Umelec Enar de Dios Rodriguez sa dlhodobo pohrával s myšlienkou „pomalého svetla“ a spolu s vedcami z TU Wien skúmal, ako by sa dali zobraziť relativistické javy pomocou fotografie a filmu.
Z ich nápadu nakoniec vznikol fyzikálny experiment, ktorý dokázal vytvoriť vizuálny dôkaz relativity, nie cez rovnice, ale cez obrazy.
„Kocka sa na videu správa presne tak, ako sme očakávali. Vyzerá pootočená, ale nie deformovaná. Guľa zostáva rovnaká, len akoby sa jej povrch posunul,“ vysvetľuje profesor Peter Schattschneider z TU Wien.
Takto vyzerá nemožné
Hoci žiadna raketa sa zatiaľ k rýchlosti svetla ani nepriblížila, tento experiment ukazuje, že relativistický svet nie je len teória, dá sa zreprodukovať, ak človek vie, ako obísť fyzikálne limity.
Na videu z laboratória sa teda nedívaš na kúzlo, ale na reálny obraz toho, ako by svet vyzeral, keby sme dokázali zrýchliť až na hranicu fyzikálne možného.
A hoci svetlo v našom vesmíre bežne letí 300-tisíc kilometrov za sekundu, vo Viedni mu na chvíľu dovolili plaziť sa tempom pomalého chodca, len aby ukázali, že aj Einstein by sa z tohto videa potešil.
