شاهد.. علماء يسجلون بالكاميرا تأثير النظرية النسبية لأينشتاين

نجحت تجربة حديثة أجراها باحثون في جامعة فيينا التقنية في النمسا، وأصبح من الممكن تصوير تنبؤ مثير للاهتمام من النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين، والذي يُعرف باسم تأثير تيريل-بنروز.

ويشير هذا التأثير إلى أن الأجسام المتحركة بسرعات قريبة من سرعة الضوء ستبدو مشوهة بصريًا وليست منكمشة فحسب، كما ستبدو وكأنها تدور بسبب الطريقة التي يصل بها الضوء من أجزاء مختلفة من الجسم إلى الراصد.

وإليك فيديو قصير أصدرته الجامعة يوضح هذه الظاهرة التي قام العلماء برصدها، أثناء تحريك كرات ومكعبات أمام الكاميرا، ومن ثم تسجيل النتائج في دراسة بدورية “كومينيكيشنز فيزيكس”:

تأثيرات النسبية الخاصة

ولكن كيف تم رصد هذا التأثير؟ وما تلك الأشياء التي سجل العلماء حركتها المتقطعة؟ ولفهم الأمر دعنا نبدأ من بعض قواعد النسبية الخاصة، والتي تشير إلى أنه عندما يتحرك جسم بسرعات نسبية (والتي تمثل جزءا كبيرا من سرعة الضوء) تحدث ظاهرتان رئيسيتان، الأولى هي تقلص الطول، فوفقًا للنسبية الخاصة، يبدو طول الجسم في اتجاه الحركة أقصر بالنسبة للراصد الثابت.

وبمعنى أوضح، لو كانت هناك “مسطرة” بطول 20 سنتيمترا مسافرة بسرعة قريبة من سرعة الضوء في اتجاهك، فإنها ستبدو أقصر من 20 سنتيمترا.

وإلى جانب ذلك، من المتوقع أن تصل الفوتونات المنبعثة من أجزاء مختلفة من الجسم المتحرك (المسطرة بهذه الحالة) إلى الراصد في أوقات مختلفة، ويتسبب هذا التباين في ظهور الجسم مشوهًا أو منحرفًا وكأنه يدور، على الرغم من أنه لا يدور فعليًا.

وهذا التشوه البصري هو تأثير تيريل-بنروز، الذي اقترحه لأول مرة الفيزيائيان جيمس تيريل وروجر بنروز بشكل مستقل عام 1959.

مراقبة تيريل-بنروز

وتُمثل مراقبة هذا التأثير مباشرةً في الحياة الواقعية تحديًا، لأن تحقيق هذه السرعات العالية للأجسام التي يمكن رصدها يتجاوز قدراتنا التكنولوجية حاليًا.

وللتغلب على ذلك، ابتكر فريق البحث محاكاة مختبرية مبتكرة، حيث استخدموا نبضات ليزر فائقة القصر وكاميرات عالية السرعة لإنشاء سيناريو يتم فيه تقليل السرعة الفعالة للضوء إلى حوالي مترين في الثانية.

وبحسب الدراسة، سمح لهم هذا التباطؤ بمراقبة التأخيرات الزمنية للضوء الواصل إلى الكاميرا، من أجزاء مختلفة من جسم متحرك.

وبعد ذلك، قام الباحثون بتحريك أجسام مثل المكعبات والكرات عبر المختبر، والتقطوا ضوء الليزر المنعكس على فترات زمنية دقيقة.

وبتجميع هذه الصور، أعاد العلماء تمثيل شكل هذه الأجسام التي كانت تتحرك بسرعات نسبية، وتطابقت النتائج مع التوقعات، حيث ظهر المكعب ملتويًا، وتغيرت معالم الكرة في موضعها، مما يُظهر تأثير تيريل-بنروز في بيئة مُتحكم بها.