愛因斯坦預言成真！科學家首度捕捉「光速旋轉效應」 60年謎團終破解

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愛因斯坦預言成真！科學家首度捕捉「光速旋轉效應」 60年謎團終破解


奧地利維也納的物理學家成功地重新製作了愛因斯坦相對論預測的特雷爾-潘洛斯效應（Terrell-Penrose effect），證實了60多年前的理論。

愛因斯坦理論首被證實

當物體接近光速運動時，時空感知將會產生變化。這是愛因斯坦狹義相對論的核心之一。高速運動的物體會出現長度收縮，時間流逝與靜止觀察者的時間不同。但相對論預測，高速運動的物體不僅會縮短，還會看起來旋轉，這種現象過去從未被直接觀察到。1959年，物理學家特雷爾（James Terrell）和潘洛斯（Roger Penrose）各自提出了這個結論。




勞倫茲收縮效應無法直接拍攝

維也納工業大學（TU Wien）的教授沙特施耐德（Peter Schattschneider）解釋道，如果一架火箭以接近光速的速度飛行，它的長度將會收縮為原來的2.3倍，這被稱為勞倫茲收縮（Lorentz contraction）。然而，這種效應無法直接拍攝，因為需要考慮物體不同點光線到達相機的時間差。



沙特施耐德進一步解釋道，想像一個高速移動的方塊，其遠端比靠近觀察者的端點更遠。當前端和後端的光子同時到達觀察者時，後端的光子行程更長，這意味著它們更早發出。這導致觀察者看到方塊似乎在旋轉。這種效應是由於長度收縮和光線傳播的時間差共同造成的。

使用高速攝影機記錄不同時間點反射的雷射光

在日常生活中，這種效應並不那麼重要。目前的技術難以加速火箭以捕捉到這種效應。然而，沙特施耐德的團隊從藝術中獲得了靈感，利用極短的雷射脈衝和高速攝影機在實驗室中成功重現了這個效應。學生赫爾姆（Victoria Helm）和霍諾夫（Dominik Hornof）解釋道，他們在實驗室中移動方塊和球體，使用高速攝影機記錄了不同時間點反射的雷射光。如果時間掌握得當，就能創造出高速運動的物體看起來每秒只移動2米的效果。


方塊呈現扭曲  球體仍保持球體形狀

科學家們結合了不同時間點被雷射照亮的物體區域，模擬了光速只有每秒2米時光線應該發出的時刻，這使得這種效應得以展現。沙特施耐德表示：「結果符合預期，方塊呈現扭曲，而球體仍保持球體形狀，但其北極點位置發生改變。」