پژوهشگران موفق شدهاند روشی برای شبیهسازی سرعت نور هنگام عکاسی از یک جسم بیابند. این روش شامل کنار هم قرار دادن شمار زیادی از «برشهای نازک» نور بازتابشده از سطح جسم است.
گروهی از دانشمندان در اتریش توانستند پدیدهای از نظریهی نسبیت خاص را که بیش از یک قرن پیش مطرح شده بود، بهصورت تجربی به نمایش بگذارند. این پدیده با نام اثر ترل-پنروز (Terrell-Penrose effect) یا چرخش ترل (Terrell rotation) که گاه اثر لامپا-ترل-پنروز (Lampa-Terrell-Penrose effect) نیز خوانده میشود، شناخته میشود و بر مبنای آن، هنگامی که جسمی با سرعتی برابر با سرعت نور حرکت کند، هر تلاشی برای ثبت تصویر از آن جسم باعث میشود تصویر اندکی چرخیده به نظر برسد.
برای بازآفرینی این پدیده در محیط آزمایشگاهی، پژوهشگران مرکز علوم و فناوری کوانتومی وین (Vienna Center for Quantum Science and Technology – TU Wien) و دانشگاه وین با ترکیب لیزرها و تصویربرداری فوقسریع، توانستند آنچه را پیشتر صرفاً در معادلات میشناختیم، به تجربهی دیداری بدل کنند. نتایج این پژوهش در مجلهی Communications Physics منتشر شده است.
در این مقاله که با نویسندگی دکتر دومینیک هورنوف (Dominik Hornof) به عنوان نویسندهی مسئول و پیتر شاتاشنایدر (Peter Schattschneider) به عنوان نویسندهی ارشد منتشر شده، توضیح داده میشود که فیزیکدان آنتون لامپا (Anton Lampa) نخستین کسی بود که در سال ۱۹۲۴ دربارهی این پدیدههای تصویری نظریهپردازی کرد. لامپا که خود در دانشگاه وین تحصیل و تدریس میکرد، در نوشتههایش به بررسی این مسئله پرداخت که جسمی مانند یک میله هنگام نزدیک شدن به مرز کیهانی سرعت نور، از دید ناظر چگونه به نظر خواهد رسید.
۳۵ سال بعد، فیزیکدانان راجر پنروز (Roger Penrose) و نلسون جیمز ترل (Nelson James Terrell) بهصورت جداگانه به درک عمیقتری از موضوع رسیدند: عکسی که از چنین جسمی گرفته شود، نه فشرده و دگرگون، بلکه چرخیده دیده خواهد شد. به بیان دیگر، بهجای مشاهدهی تنها یک وجه از یک مکعب، ناظر قادر است دو وجه و گوشهی میان آنها را ببیند، گویی جسم اندکی حول محور خود چرخیده باشد.
شاتاشنایدر در بیانیهای از سوی TU Wien توضیح داد: «اگر بخواهیم از یک موشک در حال عبور با سرعتی نزدیک به نور عکس بگیریم، باید در نظر داشته باشیم که نور از نقاط مختلف جسم با فواصل زمانی متفاوتی به دوربین میرسد. همین تفاوت باعث میشود جسم برای ما چرخیده به نظر برسد.»
اما باید توجه داشت که سرعت نور برابر با ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه است. شتابدهندههای ذرات پیشرفته در مراکزی مانند سرن (CERN) و فرمیلب (Fermilab) میتوانند ذرات را به سرعتهایی بسیار نزدیک به آن برسانند، ولی به دلایل گوناگون نمیتوان شکل آنها را مستقیماً تصویربرداری کرد. از همینرو، تیم دانشگاه وین رویکردی خلاقانه برگرفته از حالت پانورامای دوربین آیفون در پیش گرفت: اگر بتوان جسم را به برشهایی فوقالعاده نازک تقسیم کرد و از هر بخش بهطور جداگانه عکس گرفت، آنگاه شاید بتوان با کنار هم چیدن این تصاویر، نمایی ترکیبی از جسم در حرکت نسبیتی به دست آورد.
برای انجام این کار، پژوهشگران از روشی بهره گرفتند که در نگاه نخست یادآور بازتابهای آزاردهنده نور است؛ همان بازتابهایی که معمولاً در خانه یا خودرو از آنها دوری میکنیم، اما این درست همان چیزی بود که نیاز داشتند. آنان نوشتند: «ما جسم را با پرتو لیزر پالسی روشن میکنیم و پس از گذشت زمانی معین، از انعکاس نور عکس میگیریم. بخشهایی از جسم که طول مسیر نوری متناسبی دارند، در تصویر درخشانتر دیده میشوند.»
با استفاده از این روش، تیم توانست بهطور مؤثر سرعت نور را تا حدود ۲ متر بر ثانیه کاهش دهد. این فرایند از نظر حجم داده، مشابه کنار هم قرار دادن نزدیک به ۱۵۰ میلیون عکس از سفری خیالی به گرند کنیون است. شاتاشنایدر گفت: «ما تصاویر ثابت را در قالب کلیپهای ویدئویی کوتاه از اجسام فوقسریع ترکیب کردیم و نتیجه دقیقاً همان چیزی بود که انتظار داشتیم؛ مکعب بهصورت پیچخورده دیده میشود، کره همچنان کروی باقی میماند، اما موقعیت قطب شمال آن تغییر کرده است.»
به گفتهی پژوهشگران، همین روش آزمایشی یا نسخههای اصلاحشدهی آن، میتواند برای بررسی سایر جنبههای نظریهی نسبیت خاص به کار گرفته شود. تا آن زمان، اگر روزی به سرعت نور سفر کردیم، فراموش نکنیم هر دو سمت خوب خود را به سوی دوربین بگیریم.
دیدگاه ها