Erstmals sichtbarer Terrell-Penrose-Effekt: Relativistische Rotation im Bild

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Ein bemerkenswerter Durchbruch in der Physik ermöglicht es, den Terrell-Penrose-Effekt, eine relativistische Rotation, erstmals sichtbar zu machen. Dies gelang einem Forscherteam der TU Wien, das mit innovativen Methoden und modernster Technologie den Effekt simulierte.

Die Relativitätstheorie von Albert Einstein hat viele Phänomene vorhergesagt, die mittlerweile experimentell bestätigt wurden. Doch der Terrell-Penrose-Effekt, der bewegte Objekte nahe der Lichtgeschwindigkeit verdreht erscheinen lässt, blieb lange Zeit unbestätigt. Ein Team um Dominik Hornof vom Atominstitut der TU Wien hat nun einen Weg gefunden, diesen Effekt sichtbar zu machen. Dabei nutzten sie ultrakurze Laserpulse und hochpräzise Fotografie, um die Illusion einer relativistischen Rotation zu erzeugen.

Der Terrell-Penrose-Effekt basiert auf der Lorentz-Kontraktion, die besagt, dass Objekte, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen, in Bewegungsrichtung verkürzt erscheinen. Überraschenderweise lässt sich dieser Effekt nicht direkt fotografieren, da das Licht von weiter entfernten Teilen des Objekts früher ausgesandt werden muss, um gleichzeitig mit dem Licht von näheren Teilen in der Kamera anzukommen. Dies führt dazu, dass das Objekt gedreht erscheint.

Da es technisch nicht möglich ist, größere Objekte auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und gleichzeitig zu fotografieren, simulierte das Team den Effekt mit einem Trick. Sie beleuchteten Objekte mit extrem kurzen Laserpulsen und machten Fotos in Zeitabständen, die den Lichtlaufzeiten von verschiedenen Punkten der Objekte zur Kamera entsprechen. So konnten sie die Photonen von bestimmten Punkten einfangen und den Effekt der relativistischen Drehung nachstellen.

Die Forscher bewegten die Objekte für die Fotos der näheren Teile ein Stück vorwärts, was der Strecke entspricht, die das Objekt mit relativistischer Geschwindigkeit in der Zeit zurückgelegt hätte. Diese Methode ermöglichte es, gedrehte Bilder der Objekte zu erzeugen, die exakt dem entsprechen, was man bei relativistischen Objekten beobachten würde. Der Erfolg dieser Simulation zeigt, dass der Terrell-Penrose-Effekt allein durch die Differenzen in den Lichtlaufzeiten und der Bewegung des Objekts entsteht.

Diese Entdeckung hat nicht nur theoretische Bedeutung, sondern könnte auch praktische Anwendungen in der Physik und der Bildverarbeitung finden. Die Fähigkeit, relativistische Effekte zu simulieren, könnte neue Einblicke in die Dynamik von Teilchen und die Struktur des Universums bieten. Zudem zeigt die Forschung, wie innovative Ansätze und moderne Technologie zusammenwirken können, um scheinbar unlösbare Probleme zu überwinden.

Die Arbeit des Teams der TU Wien ist ein Beispiel dafür, wie theoretische Physik und experimentelle Methoden Hand in Hand gehen können, um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Es bleibt abzuwarten, welche weiteren Entdeckungen auf diesem Gebiet gemacht werden können und wie sie unser Verständnis der Relativitätstheorie und der Physik im Allgemeinen vertiefen werden.

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