Esta ilusión de la relatividad especial de Einstein visualizada en laboratorio 🚀
a) Imagen de calibración del cuboide en reposo, con una simulación en perspectiva superpuesta desde la posición de la cámara (líneas blancas).
b) Rotación de Terrell de una esfera contraída según Lorentz, moviéndose a 0.999 c.
c) Rotación de Terrell de un cubo, con simulación (contornos blancos) superpuesta a los resultados experimentales para guiar la observación y validar la teoría.
El experimento se realizó ajustando la sincronización de los flashes láser para simular una velocidad de la luz reducida a 2 metros por segundo. Este truco permitió visualizar el efecto sin necesidad de velocidades relativistas reales. Las imágenes obtenidas muestran claramente una rotación aparente de los objetos, confirmando así las predicciones teóricas.
Peter Schattschneider y su equipo combinaron imágenes tomadas en diferentes momentos para crear videos mostrando el efecto. Un cubo aparece efectivamente torcido, mientras que una esfera conserva su forma pero con un desplazamiento aparente de su polo norte. Estos resultados abren nuevas perspectivas para el estudio de fenómenos relativistas.
Esta investigación es fruto de una colaboración única entre arte y ciencia. El artista Enar de Dios Rodríguez jugó un papel clave al iniciar un proyecto explorando la fotografía ultrarrápida. Este enfoque interdisciplinario permitió hacer visible un efecto hasta entonces puramente teórico.
Las implicaciones de este descubrimiento van más allá de la simple confirmación de una predicción. Ofrece una nueva manera de visualizar y comprender los efectos contraintuitivos de la relatividad. Este avance podría también inspirar nuevos métodos para enseñar física relativista.
El equipo planea ahora explorar otros efectos ópticos relacionados con la relatividad. Estos trabajos podrían eventualmente conducir a nuevas aplicaciones en el campo de la imagen ultrarrápida o la simulación de fenómenos cósmicos.
¿Qué es la contracción de longitudes en relatividad?
La contracción de longitudes es un fenómeno predicho por la teoría de la relatividad especial de Einstein. Establece que la longitud de un objeto en movimiento disminuye en la dirección de su desplazamiento, desde el punto de vista de un observador en reposo.
Este efecto se vuelve significativo solo a velocidades cercanas a la de la luz. Por ejemplo, una nave espacial viajando al 90% de la velocidad de la luz parecería aproximadamente 2,3 veces más corta para un observador externo.
La contracción de longitudes no es una ilusión óptica sino una consecuencia real de la estructura del espacio-tiempo. Está relacionada con la dilatación del tiempo, otro efecto clave de la relatividad especial.
Aunque contraintuitiva, esta predicción ha sido confirmada por numerosos experimentos, especialmente con partículas subatómicas aceleradas a velocidades relativistas.
¿Cómo funciona la imagen ultrarrápida?
La imagen ultrarrápida permite capturar eventos que ocurren en nanosegundos o menos. Se basa en cámaras capaces de tomar millones de imágenes por segundo y fuentes luminosas ultracortas como los láseres femtosegundos.
En este experimento, los investigadores utilizaron pulsos láser extremadamente cortos para 'congelar' el movimiento de los objetos. Al sincronizar precisamente estos flashes con una cámara ultrarrápida, pudieron reconstituir el efecto Terrell-Penrose.
Esta técnica se asemeja a la fotografía estroboscópica, donde una escena en movimiento es iluminada por flashes muy breves. La diferencia radica en la precisión temporal, que debe ser del orden del nanosegundo para estos experimentos.
Las aplicaciones de la imagen ultrarrápida van desde la investigación fundamental hasta la industria, pasando por la medicina. Permite estudiar fenómenos demasiado rápidos para el ojo humano, como ondas de choque o reacciones químicas.