Determinan cómo se vería un objeto desplazándose a una velocidad cercana a la de la luz
FÍSICA / ASTROFÍSICA.
Cuando un objeto se mueve con una velocidad colosal, cerca de la velocidad de la luz, ciertas nociones básicas sobre los cuerpos en movimiento que damos por incuestionables dejan de ser válidas.
Esta es la consecuencia principal de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein. Moviéndose a casi la velocidad de la luz, el objeto pasa a tener una longitud diferente a la que tiene en reposo, y el tiempo transcurre para él de un modo distinto a como transcurre en su entorno. Todo esto se ha confirmado repetidamente mediante experimentos. Sin embargo, una consecuencia interesante de la relatividad aún no se había observado: el llamado efecto Terrell-Penrose.
Con el efecto Terrell-Penrose, los objetos desplazándose a una velocidad cercana a la de la luz parecen estar rotados. Imagen: TU Wien.
En 1959, los físicos James Terrell y Roger Penrose (premio Nobel en 2020) concluyeron de forma independiente que los objetos que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz deberían parecer rotados en caso de podérseles fotografiar. Sin embargo, este efecto nunca se había demostrado, hasta ahora.
Unos científicos de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) y la Universidad de Viena, ambas en Austria, han conseguido por vez primera reproducir el efecto, valiéndose de una estrategia que ha permitido comprobarlo a una velocidad efectiva de tan solo 2 metros por segundo. Para ello, en el laboratorio se han empleado pulsos láser y cámaras especiales que captan las imágenes con una precisión muy grande.
El equipo de investigación lo integran, entre otros, Dominik Hornof y Peter Schattschneider, ambos de la TU Wien, y Victoria Helm, de la Universidad de Viena.
Supongamos que un cohete pasa junto a nosotros desplazándose a un noventa por ciento de la velocidad de la luz. Si podemos verlo y medirlo, resultará que para nosotros ya no tiene la misma longitud que antes de despegar, sino que es 2,3 veces más corto. Se trata de una contracción relativista de la longitud. Al fenómeno se le denomina “contracción de Lorentz”.
Sin embargo, esta contracción va acompañada de otro efecto que inevitablemente distorsionará la imagen que podamos captar del cohete. Hay que tener en cuenta que la luz de diferentes puntos tardaba distintos tiempos en llegar a la cámara. La luz que proviene de diferentes partes del objeto y llega al objetivo de la cámara o a nuestro ojo al mismo tiempo no se ha emitido al mismo tiempo, lo que produce una distorsión óptica compleja.
Imaginemos que el objeto hiperveloz es un cubo. En ese caso, existe una diferencia fundamental entre la luz que llega de la cara más lejana a nosotros y la que nos llega de la cara más cercana.
Si dos fotones llegan a nuestro ojo al mismo tiempo, uno desde el lado más cercano del cubo y otro desde el más alejado, el fotón del lado lejano ha recorrido una mayor distancia. Así que debió haberse emitido en un momento anterior. Y en ese momento, el cubo no estaba en la misma posición que cuando se emitió la luz desde la cara cercana.
El efecto óptico generado por esto causa la impresión de que el cubo ha girado sobre sí mismo.
En realidad, se trata de una combinación de la contracción relativista de la longitud y los diferentes tiempos de viaje de la luz desde distintos puntos del objeto. Pero en cualquier caso, el resultado conjunto genera una apariencia de rotación, tal como predijeron Terrell y Penrose.
Por supuesto, esto es irrelevante en la vida cotidiana, incluso al fotografiar vehículos extremadamente rápidos. En estos casos, el vehículo solo se desplaza una pequeña fracción de la distancia total en el lapso transcurrido entre el momento de emisión de luz desde el lado más cercano a nosotros y el momento de la emisión desde el lado opuesto. Pero si el objeto fuese una nave espacial viajando a una velocidad cercana a la de la luz, este efecto resultaría claramente visible.
Por motivos técnicos, hoy en día es imposible acelerar cohetes a una velocidad a la que este efecto pueda apreciarse en una fotografía. Sin embargo, el equipo de investigación encontró otra solución: utilizaron pulsos láser extremadamente cortos y una cámara de alta velocidad para recrear el efecto en el laboratorio.
Movieron un cubo y una esfera por el laboratorio y usaron la cámara de alta velocidad para registrar los destellos láser reflejados desde diferentes puntos de estos objetos en diferentes momentos. Con la sincronización adecuada, crearon una situación que produce los mismos resultados que si la velocidad de la luz no fuera superior a 2 metros por segundo.
El estudio se titula “A snapshot of relativistic motion: visualizing the Terrell-Penrose effect”. Y se ha publicado en la revista académica Communications Physics.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings