它莫得缩小,反而转起来了!
你可能会思起在中学讲义上学到的相对论,当物体以近光速通顺时,它的长度会缩小,这一风景早已被多样各类的物理实考据实。是以你概况会以为,要是有一个立方体从你眼前以近光速经过,而你的想法又正值相配好,你应该会看到这个立方体在通顺方朝上被压扁了。
但事实并非如斯。狭义相对论如实标明物体在以光速通顺时会发生“尺缩效应”,但这并不虞味着这些物体“看上去”会缩小。相对论尺缩效应(洛伦兹缩小)依赖测量的同期性,但咱们看到物体外貌的并不是物体自身,而是同期抵达咱们眼中的光芒。
当物体以近光速通顺时,物体通顺的速率和光芒自身的速率接近。这会导致咱们某一时刻看到的光芒,是物体的不同部分在不同位置发出的,这会歪曲咱们看到的图像。这种歪曲能在数学上精准对消尺缩效应,让咱们最终看到的物体莫得压缩,何况就像扭转了通常。
1959 年,英国科学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)和好意思国科学家詹姆斯·特雷尔(James Terrell)又寂寞权衡了这种效应,并让更多东谈主矍铄到了这小数。因此,这种风景被称为特雷尔-彭罗斯效应(Terrell-Penrose effect)。
不外,自后东谈主们发现,这种风景其实早就有东谈主辩论过。最早是在 1924 年,奥地利物理学家安东·兰帕(Anton Lampa)就辩论了这种风景。而在东谈主类发现这一风景差未几 100 年之后的今天,终于有科学家通过实践不雅测到了这种风景。
模拟光速通顺
为了直不雅不雅测到物体的扭转,实践必须使用宏不雅物体而非微不雅粒子进行。但很彰着,当今东谈主类莫得任何技能将宏不雅物体加快到接近光速——要是确切有东谈主能作念到这小数,那实在等于《三体》中的“光粒”。是以,科学家只可在实践室中模拟以光速通顺的物体。
本年 5 月,一篇发表在《通信物理》(Communications Physics)上的论文暗意,科学家使用超短激光脉冲和超高速照相本领,制作出光芒的定格动画,模拟出了物体以 0.8 倍光速(0.8c)、0.999 倍光速(0.999c)通顺时,它看起来的神气。
在实践的开导上,他们使用捏续时候 1 皮秒(1 秒=1012 皮秒)的超短激光照亮物体,并同期在激光器附近架设超高速录像机给物体拍照。拍照时,研究团队将曝光时候完了到了 400 皮秒,在这么短的时候内,光只可传播 12 厘米。因为这些光芒是从录像机附近的激光器发出,经过物体反射才抵达录像机,是以他们拍出的相片本色上是物体在视野方朝上厚 6 厘米的切片。
通过调度激光辐射的时候偏移,研究团队不错拍到物体不同位置的 6 厘米切片。以下图(a)为例,研究东谈主员不错使用这种阵势,拍摄出物体从 A 到 C 的多个切片,每个切片厚度为 6 厘米。
接着,研究东谈主员将被拍摄的物体横向移动 4.8 厘米,再重叠上述的切片拍摄。不断重叠这个历程,他们就赢得了物体在不同位置的无数切片拍摄图片。接着,他们还需要将这些切片以特定规定组合成咱们某一时刻看上去的神气。
以上图为例,咱们不错将物体在驱动位置位于最远端的切片(C 端),和物体鄙人一个位置,但距离镜头更近的相邻切片组合在一谈。接着,将多个位置的不同切片相片按这么的规定切片组合起来,咱们就赢得了物体以 0.8 倍光速通顺的定格相片(4.8/6=0.8)。
研究团队按照这种方式制作出了多张相片,并将相片组合成视频。视频每秒播放 30 帧,光在相邻切片之间传播的距离为 6 厘米,这至极于他们视频中的模拟光速仅有 1.8 米/秒。就算视频中的立方体移动速率仅有 1.44 米/秒,也至极于视频中光速的 0.8 倍。
极限光速
接着,研究团队还将一个圆盘实在侧对着录像机,模拟圆盘以 0.999c 通顺时的尺缩效应,并用上头拍摄立方体的方式,模拟拍摄了圆盘以 0.999c 通顺的图像。
恶果暴露,就算物体因为顶点接近光速的通顺,发生了严重的尺缩效应,它看起来亦然一个完竣的圆。原来侧对着录像机的圆盘,因为特雷尔-彭罗斯效应就像转了过来通常,正面面向录像机。
你有猜到光速天下的神气吗?
剪辑:陈方
一审:李慧
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