Wien. Der Terrell-Penrose-Effekt wurde von TU Wien und Uni Wien erstmals experimentell nachgewiesen.
Forschende der TU Wien und der Universität Wien haben den Terrell-Penrose-Effekt, eine bisher nur theoretisch vorhergesagte Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie, experimentell sichtbar gemacht. Mithilfe eines technischen Kunstgriffs wurde im Labor eine effektive Lichtgeschwindigkeit von lediglich zwei Metern pro Sekunde simuliert. Dadurch gelang es erstmals, die optische Verzerrung zu dokumentieren, die bei sehr schnellen Bewegungen von Objekten auftreten soll.
Erstmals experimentell nachgewiesen
Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass sich die Länge eines Objekts aus Sicht eines ruhenden Beobachters verkürzt, wenn es sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegt. Dieser Effekt, bekannt als Lorentz-Kontraktion, wurde bereits vielfach bestätigt. Allerdings ist die direkte fotografische Darstellung dieser Verkürzung nicht möglich, da das Licht von verschiedenen Punkten des Objekts unterschiedlich lange zur Kamera benötigt. Daraus resultiert eine komplexe optische Erscheinung: Ein Objekt wie ein Würfel erscheint auf einer Aufnahme scheinbar verdreht, obwohl es sich in Wirklichkeit nur verkürzt hat.
Diese Kombination aus Längenkontraktion und unterschiedlichen Lichtlaufzeiten wurde 1959 von James Terrell und Roger Penrose theoretisch beschrieben, konnte aber bisher noch nicht experimentell nachgewiesen werden.
Zwei Meter pro Sekunde
Im aktuellen Experiment wurde ein Würfel und eine Kugel durch das Labor bewegt und mit extrem kurzen Laserpulsen sowie einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Die reflektierten Lichtsignale wurden so getaktet, dass sie eine Situation nachbilden, in der sich das Licht mit nur zwei Metern pro Sekunde ausbreitet. Die so entstandenen Bilder zeigen, wie der Würfel auf den Aufnahmen tatsächlich verdreht erscheint, während die Kugel zwar ihre Form behält, aber eine Verschiebung des sichtbaren „Nordpols“ aufweist. Die Einzelbilder wurden zu kurzen Videosequenzen kombiniert, die den Effekt anschaulich demonstrieren.
Das Projekt entstand aus einer Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Kunst und wurde im Rahmen eines Art-Science-Projekts mit der Künstlerin Enar de Dios Rodriguez initiiert. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Communications Physics veröffentlicht und tragen dazu bei, die komplexen Zusammenhänge der Relativitätstheorie anschaulich zu vermitteln.