Bilim insanları, ultra hızlı lazer darbeleri ve özel kameralar kullanarak, Einstein'ın özel görelilik teorisine meydan okuyormuş gibi görünen optik bir yanılsamayı başarıyla canlandırdı. Özel görelilik teorisinin bir sonucu olarak, hızlı hareket eden nesnelerin hareket yönünde kısalması beklenir. Bu olgu, parçacık hızlandırıcı deneylerinde dolaylı olarak doğrulanmıştır.
Ancak 1959'da matematikçi Roger Penrose ve fizikçi James Terrell, bir kamera ile bakan bir gözlemcinin aslında nesnenin ezilmiş olduğunu görmeyeceğini belirtmişti. Bunun yerine, nesnenin farklı kısımlarından gelen ışığın kameraya ulaşması farklı zamanlar aldığı için, nesne dönüyormuş gibi görünecektir. Bu yanılsama Terrell-Penrose etkisi olarak adlandırılmaktadır.
Bu etki üzerine daha önceki modeller üzerinde çalışılmış olsa da, bu ilk kez laboratuvar ortamında başarıyla gerçekleştirildi. Ekip, sonuçlarını Communications Physics dergisinde yayımladı. Çalışmanın baş yazarlarından Viyana Teknik Üniversitesi kuantum fizikçisi Dominik Hornof, “En çok hoşuma giden şey basitliği. Doğru fikirle, küçük bir laboratuvarda göreli etkileri yeniden yaratabilirsiniz. Bu, yüzyıllık tahminlerin bile sezgisel bir şekilde hayata geçirilebileceğini gösteriyor,” dedi.
Yanılsamanın Yeniden Yaratılması
Yeni çalışmada fizikçiler, ışık hızına yakın hızlarda “hareket eden” bir küp ve kürenin anlık görüntülerini üretmek için ultra hızlı lazer darbeleri ve kapılı kameralar kullandı. Sonuçlar, dönmüş nesnelerin anlık görüntülerini göstererek Terrell-Penrose etkisinin doğru olduğunu kanıtladı.
Ancak her çalışma gibi bu çalışmanın da zorlukları vardı. Bir nesneyi ışık hızında veya ışık hızına yakın bir hızda hareket ettirmek şu anda imkansız. Hornof, “Einstein’ın teorisinde, bir şey ne kadar hızlı hareket ederse, etkili kütlesi o kadar artar. Işık hızına yaklaştıkça ihtiyaç duyulan enerji çok büyük miktarda artar,” diye açıklıyor. Bir küp gibi bir nesneyi hızlandırmak için yeterli enerji üretemeyiz ve bu nedenle, elektronları bile o hıza yaklaştırmak için devasa parçacık hızlandırıcılarına ihtiyacımız var. Bu muazzam bir enerji gerektirir.
Bu nedenle ekip, akıllıca bir alternatif kullandı. Hornof, “Yapabileceğimiz şey görsel etkiyi taklit etmek. Yaklaşık 1 metre kenar uzunluğunda bir küp ile başladılar. Ardından, nesneye ultra kısa lazer darbeleri — her biri sadece 300 pikosaniye, yani bir saniyenin yaklaşık on milyarda biri uzunluğunda — ateşlediler. Yansıyan ışığı, yalnızca o an için açılan ve her seferinde ince bir “dilim” üreten kapılı bir kamera ile yakaladılar.
Her dilimden sonra, küpü yaklaşık 4.8 cm ileri hareket ettirdiler. Darbeler arasındaki gecikme süresince ışı hızıının %80'inde hareket etseydi kat edeceği mesafe buydu. Daha sonra bilim insanları, bu dilimlerin tümünü birleştirerek hareket halindeki küpün bir anlık görüntüsünü oluşturdular.
Hornof, “Tüm dilimleri birleştirdiğinizde, nesne hiç hareket etmemesine rağmen inanılmaz derecede hızlı yarışıyormuş gibi görünüyor. Sonuç olarak, bu sadece geometri,” diye belirtiyor.
Kürenin kenarlarından bakılabiliyormuş gibi görünmesini sağlamak için, onu adım başına 6 cm kaydırarak %99.9 ışık hızını taklit ettiler. Dilimler birleştirildiğinde, küp dönmüş görünüyor ve küre sanki kenarlarından bakılabiliyormuş gibi görünüyordu.
Hornof, “Dönüş fiziksel değil. Bu bir optik yanılsama. Işığın aynı anda nasıl ulaştığına dair geometri gözlerimizi kandırıyor,” dedi. Bu nedenle Terrell-Penrose etkisi, Einstein’ın özel göreliliğini çürütmüyor. Hızlı hareket eden bir nesne, hareket yönü boyunca fiziksel olarak kısalır, ancak bir kamera bunu doğrudan yakalamaz. Arka kısımdan gelen ışığın önden gelen ışığa göre daha uzun sürede ulaşması nedeniyle, anlık görüntü, nesnenin dönmüş görünmesine neden olacak şekilde kayar.
Hornof, “Hesaplamaları yaptığımızda, geometrinin ne kadar güzel çalıştığına şaşırmıştık. Görüntülerde belirmesini görmek gerçekten heyecan vericiydi,” diye ekledi.
