En la Universidad Tecnológica de Viena, se ha utilizado un truco técnico para simular una velocidad de luz de solo 2 m/s en el laboratorio, para recrear por primera vez el efecto de la Penrosa de la Tierra.
cuando un objeto se mueve extremadamente rápido, cerca de la velocidad de la luz, ciertas suposiciones básicas que damos por sentado dejan de ser válidas. Esta es la principal consecuencia de la teoría especial de relatividad de Albert Einstein. El objeto tiene una longitud diferente a la de reposo, y el tiempo tiene lugar de manera diferente para él que en el laboratorio. Todo esto se ha confirmado repetidamente a través de experimentos.
Sin embargo, aún no se ha observado una consecuencia interesante de la relatividad: el llamado efecto Terrell-Penrose. En 1959, los físicos James Terrell y Roger Penrose (Premio Nobel en 2020) terminaron independientemente que los objetos que se mueven rápidamente deberían parecer rotados. Sin embargo, este efecto nunca se ha demostrado.
Ahora, una colaboración entre la Universidad Técnica de Viena (Your Wien) y la Universidad de Viena ha logrado por primera vez reproducir este efecto mediante pulsos láser y cámaras de precisión, a una velocidad efectiva de luz de 2 metros por segundo.
“Suponga que un cohete pasa con nosotros al noventa por ciento de la velocidad de la luz. Para nosotros, ya no tiene la misma longitud que antes de despegar, pero es 2.3 veces más corta”, explica el profesor Peter Schattschneider de su vía en un comunicado. Esta es la contracción de la longitud relativista, también conocida como la contracción de Lorentz.
Sin embargo, esta contracción no puede ser fotografiada. “Si desea tomar una foto del cohete mientras sucede, debe tenerse en cuenta que la luz de diferentes puntos tomó diferentes momentos para llegar a la cámara”, explica Peter Schattschneider. La luz que proviene de diferentes partes del objeto y alcanza la lente o nuestro ojo simultáneamente no se emitió simultáneamente, lo que produce efectos ópticos complejos.
Imaginemos que explica que el objeto supervípido es un cubo. En ese caso, el lado que mira es más lejos que el que mira hacia nosotros. Si dos fotones alcanzan nuestro ojo al mismo tiempo, uno desde la esquina delantera del cubo y otro desde la esquina posterior, el fotón de la esquina posterior ha recorrido una distancia mayor. Por lo tanto, debe haberse emitido antes. Y en ese momento, el cubo no estaba en la misma posición que cuando la luz se emitió desde la esquina frontal.
“Esto nos da la impresión de que el cubo ha cambiado”, dice Peter Shattschneider. Esto se debe a la combinación de la contracción relativista de la longitud y los diferentes tiempos de viaje de la luz de diferentes puntos. Juntos, esto conduce a una rotación aparente, como predijeron Terrell y Penrose.
Por supuesto, esto es irrelevante en la vida cotidiana, incluso cuando se fotografia un automóvil extremadamente rápido. Incluso la fórmula 1 más rápida, solo una pequeña fracción de la distancia en la diferencia de tiempo entre la luz emitida por el lado opuesto y el lado que nos mira se moverá. Pero con un cohete que viaja a una velocidad cercana a la de la luz, este efecto sería claramente visible.
El truco de la velocidad efectiva de la luz
Técnicamente, actualmente es imposible acelerar los cohetes a una velocidad a la que este efecto se puede ver en una fotografía. Sin embargo, el grupo dirigido por Peter Shattschneider, del USM de su Wien, encontró otra solución inspirada en el arte: utilizaron pulsos láser extremadamente cortos y una cámara de alta velocidad para recrear el efecto en el laboratorio.
“Movimos un cubo y una esfera a través del laboratorio y utilizamos la cámara de alta velocidad para grabar los destellos láser reflejados en diferentes puntos de estos objetos en diferentes momentos”, explican Victoria Helm y Dominik Hombroof, los dos estudiantes que llevaron a cabo el experimento. Si el tiempo se calcula correctamente, se puede crear una situación que produce los mismos resultados que si la velocidad de la luz no exceda los 2 metros por segundo.
Es fácil combinar imágenes de diferentes partes de un paisaje en una sola imagen grande. Lo que se ha hecho aquí por primera vez es incluir el factor de tiempo: el objeto se fotografia en muchos momentos diferentes. Luego, las áreas iluminadas por el flash láser en el momento en que la luz se habría emitido desde ese punto si la velocidad de la luz de solo 2 m/s se combinan en una sola imagen fija. Esto hace visible el efecto Terrell-Penrose.
“Combinamos las imágenes fijas en breves videoclips de objetos ultra -rapas. El resultado fue exactamente esperado”, dice Peter Schattschneider. “Un cubo parece retorcido, una esfera sigue siendo una esfera, pero el Polo Norte está en un lugar diferente”.
