Nhóm nghiên cứu tại Vienna đã sử dụng xung laser và máy ảnh tốc độ cao để chụp các “lát” ánh sáng phản xạ từ vật thể di chuyển gần tốc độ ánh sáng. Họ tái hiện hiệu ứng Terrell-Penrose, cho thấy hình khối bị xoay thay vì biến dạng.
Điểm nổi bật:
- Nghiên cứu trình diễn hiệu ứng Terrell-Penrose bằng cách chụp ảnh đối tượng di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng.
- Phương pháp “cắt lát” ánh sáng với các xung laser và ảnh tốc độ cao để tái tạo chuyển động tương đối.
- Thí nghiệm làm chậm tốc độ ánh sáng tương đối còn khoảng 2 m/s, cho phép quan sát sự xoay của hình khối.
- Cấu hình tương tự chế độ panorama của iPhone, kết hợp nhiều ảnh vi mô thành video ngắn.
- Thiết lập này có thể áp dụng để nghiên cứu sâu hơn về thuyết tương đối hẹp.
Hornof, D., Helm, V., de Dios Rodriguez, E. et al. A snapshot of relativistic motion: visualizing the Terrell-Penrose effect. Commun Phys 8, 161 (2025). https://doi.org/10.1038/s42005-025-02003-6
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách bắt chước tốc độ ánh sáng khi chụp ảnh một vật thể. Phương pháp bao gồm chia thành nhiều "lát" ánh sáng mỏng phản xạ từ vật thể. Nhiếp ảnh — sự kết hợp giữa nghệ thuật và công nghệ — có thể hỗ trợ nghiên cứu thuyết tương đối.
Trước đây trong năm, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học và Công nghệ Lượng tử Vienna (TU Wien) và Đại học Vienna đã trình diễn hiệu ứng Terrell-Penrose, vốn đã được lý thuyết hóa suốt 100 năm qua. Hiệu ứng cho thấy khi vật thể di chuyển với tốc độ ánh sáng, bất kỳ phương pháp chụp ảnh nào cũng sẽ hiển thị nó hơi xoay. Để tái tạo hiệu ứng, nhóm đã kết hợp laser xung với máy ảnh tốc độ cao để biến tốc độ ánh sáng thành thứ có thể quan sát được.
Trong bài báo, nhóm do Dominik Hornof và Peter Schattschneider dẫn đầu giải thích cách Anton Lampa lần đầu tiên lý thuyết hóa các hiện tượng này vào năm 1924. Lampa cho rằng khi một thanh thép tiến gần đến giới hạn vận tốc vũ trụ, hình dạng của nó sẽ thay đổi.
35 năm sau, Roger Penrose và Nelson James Terrell nhận ra rằng ảnh chụp sẽ ghi lại vật thể không bị nén mà xoay. Thay vì nhìn thấy một mặt của khối lập phương bị biến dạng, chúng ta sẽ thấy hai mặt cùng góc giữa chúng.
Peter Schattschneider giải thích: "Nếu muốn chụp ảnh tên lửa bay qua, bạn phải tính đến thời gian ánh sáng từ các điểm khác nhau đến ống kính không giống nhau. Điều này khiến khối lập phương có vẻ như đã bị xoay."
Tốc độ ánh sáng là 299.792.458 mét/giây. Máy gia tốc hạt tốt nhất của chúng ta — như tại CERN hay Fermilab — đã tiếp cận giá trị này, nhưng chúng ta không thể chụp hình dạng của các hạt đó đúng cách. Thay vào đó, nhóm TU Wien đã áp dụng chế độ panorama của iPhone: chia đối tượng thành các lát nhỏ để chụp rồi ghép lại.
Họ sử dụng phản xạ ánh sáng chói từ xung laser. "Chúng tôi chiếu xạ vật thể bằng laser xung và chụp ảnh sau một khoảng thời gian trễ. Ánh sáng phản xạ từ những phần tương ứng với độ dài quang đường sẽ hiện lên trong ảnh", nhóm viết.
Phương pháp này giúp nhóm làm chậm tốc độ ánh sáng xuống còn khoảng 2 m/s — tương đương ghép gần 150 triệu bức ảnh chuyến đi ở Grand Canyon. "Chúng tôi kết hợp các ảnh thành đoạn clip ngắn về các vật thể siêu nhanh. Kết quả như mong đợi: khối lập phương xoay, hình cầu vẫn là hình cầu nhưng vị trí cực Bắc thay đổi", Schattschneider nói.
Nhóm kết luận rằng thiết lập thực nghiệm tương tự — hoặc các biến thể — có thể nghiên cứu sâu hơn về thuyết tương đối hẹp. Trong lúc đó, hãy nhớ xoay nhiều góc chụp tốt của bạn về phía ống kính khi di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
