Per oltre un secolo, una bizzarra previsione della relatività speciale di Einstein – l’effetto Terrell-Penrose – è rimasta puramente teorica. Questo effetto suggerisce che gli oggetti che si avvicinano alla velocità della luce non apparirebbero compressi (come per la contrazione di Lorentz), ma ruotati. Ora, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta questo fenomeno in un ambiente di laboratorio, confermando una stranezza di vecchia data della fisica relativistica.
Dalla fantascienza alla realtà scientifica
L’esperimento ha avuto origine da un’idea scaturita dal racconto di H.G. Wells del 1901, “Il nuovo acceleratore”, che immaginava un farmaco che rallentasse il tempo. I ricercatori si chiedevano se un tale rallentamento potesse rivelare effetti relativistici, in particolare l’effetto Terrell-Penrose, che era esistito solo nelle simulazioni. La svolta è arrivata grazie alla collaborazione con il progetto SEEC, incentrato sulla visualizzazione del movimento della luce, e sull’uso della fotografia ultraveloce per “rallentare” in modo efficace la velocità apparente della luce.
Perché l’effetto Terrell-Penrose è importante
La confusione nasce da due concetti chiave: la contrazione di Lorentz (oggetti che si restringono ad alta velocità) e l’effetto Terrell-Penrose (oggetti che appaiono invece ruotati). I primi lavori teorici di fisici come Anton Lampa e Hendrik Lorentz discutevano se questi effetti sarebbero stati visibili. Successivamente, Roger Penrose e James Terrell calcolarono indipendentemente che la contrazione non sarebbe stata osservata direttamente; invece, le differenze nel tempo di viaggio della luce creerebbero l’illusione della rotazione. Questa previsione apparentemente controintuitiva è rimasta fino ad ora non verificata.
L’esperimento: imitazione delle velocità relativistiche
Il team ha utilizzato un laser pulsato, che emette luce in raffiche di picosecondi, e una fotocamera ultraveloce in grado di catturare immagini in soli 300 picosecondi. Prendendo rapidamente “fette” di oggetti – una sfera e un cubo – mentre si muovevano, hanno imitato le distorsioni previste a una velocità prossima alla luce. La chiave è stata la tempistica: ogni immagine catturava la luce da un momento leggermente diverso, creando un effetto time-lapse.
Per garantire che l’effetto fosse visibile, i ricercatori hanno compresso intenzionalmente gli oggetti lungo la direzione del movimento. Senza questo passaggio l’allungamento avrebbe annullato la rotazione. La sfera è stata spostata al 99,9% della velocità della luce, mentre il cubo è stato spostato all’80% della velocità della luce. Le immagini risultanti hanno confermato l’effetto Terrell-Penrose: entrambi gli oggetti apparivano ruotati, corrispondendo alle previsioni teoriche. Il cubo mostrava anche una curvatura iperbolica sui suoi bordi, un dettaglio previsto nel 1970 da Ramesh Bhandari.
Implicazioni e ricerca futura
Questo esperimento non solo convalida una previsione vecchia di un secolo, ma apre anche nuove strade per lo studio della relatività. I ricercatori suggeriscono che tecniche simili potrebbero testare la dilatazione del tempo, l’aberrazione stellare e persino gli esperimenti mentali di Einstein sulla simultaneità. Riducendo artificialmente la velocità della luce attraverso l’imaging rapido, hanno effettivamente portato la fisica relativistica in laboratorio, trasformando la fantascienza in realtà osservabile.
Il successo evidenzia il potere di combinare tecnologia avanzata con curiosità teorica. Questo esperimento dimostra che la relatività continua a riservare sorprese, anche dopo più di un secolo di studi.
