Fisikawan menangkap ilusi langka sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan 99,9% kecepatan cahaya
Dengan menggunakan gelombang laser ultra-cepat dan kamera khusus, para ilmuwan telah menyimulasikan ilusi optik yang tampaknya bertentangan dengan teori Einstein teori relativitas khusus.
Salah satu konsekuensi dari relativitas khusus adalah bahwa objek yang bergerak cepat akan tampak memendek dalam arah geraknya – sebuah fenomena yang dikenal sebagai kontraksi Lorentz. Efek ini telah dikonfirmasi secara tidak langsung dalam eksperimen akselerator partikel.
Meskipun model sebelumnya telah berhasil menggunakan ilusi ini, yang sekarang disebut efek Terrell-Penrose, ini adalah pertama kalinya dilakukan di laboratorium. Tim menggambarkan hasilnya dalam jurnal Fisika Komunikasi.
“Yang paling saya suka adalah kesederhanaannya,” Dominik Hornofseorang ahli fisika kuantum di Universitas Teknologi Wina dan penulis pertama studi tersebut, mengatakan kepada Live Science. “Dengan ide yang tepat, Anda dapat menciptakan kembali efek relativistik di laboratorium kecil. Ini menunjukkan bahwa prediksi berusia satu abad pun dapat diwujudkan dengan cara yang sangat intuitif.”
Menciptakan kembali ilusi
Dalam studi baru ini, fisikawan menggunakan pulsa laser ultra-cepat dan kamera bergerbang untuk menghasilkan foto sebuah kubus dan bola yang “bergerak” dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya. Hasilnya menunjukkan cuplikan objek yang diputar. Hal ini membuktikan efek Terrell-Penrose benar adanya.
Namun seperti halnya penelitian lainnya, penelitian ini juga mempunyai kesulitan tersendiri. Memindahkan benda apa pun pada atau mendekati kecepatan cahaya saat ini mustahil. “Dalam teori Einstein, semakin cepat suatu benda bergerak, semakin besar pula massa efektifnya. Semakin mendekati kecepatan cahaya, energi yang dibutuhkannya semakin besar,” kata Hornof. Kita tidak dapat menghasilkan energi yang cukup untuk mempercepat sesuatu seperti kubus, dan “itulah sebabnya kita memerlukan akselerator partikel yang sangat besar, bahkan hanya untuk menggerakkan elektron mendekati kecepatan tersebut. Ini akan memerlukan energi yang sangat besar.”
Jadi tim menggunakan pemain pengganti yang cerdas. “Apa yang bisa kami lakukan adalah meniru efek visualnya,” kata Hornof. Mereka memulai dengan sebuah kubus berukuran sekitar 3 kaki (1 meter) di setiap sisinya. Kemudian, mereka menembakkan pulsa laser ultra-pendek – masing-masing hanya berdurasi 300 pikodetik, atau sekitar sepersepuluh miliar detik – ke objek tersebut. Mereka menangkap cahaya yang dipantulkan dengan kamera berpintu yang terbuka hanya sesaat dan menghasilkan “irisan” tipis setiap saat.
Setelah setiap irisan, mereka memindahkan kubus ke depan sekitar 1,9 inci (4,8 cm). Itu adalah jarak yang akan ditempuh jika ia bergerak dengan kecepatan 80% kecepatan cahaya selama jeda antar pulsa. Kemudian, para ilmuwan menggabungkan semua irisan ini menjadi sebuah cuplikan kubus yang sedang bergerak.
“Saat Anda menggabungkan semua irisan, objek tersebut tampak seperti melaju sangat cepat, meskipun tidak pernah bergerak sama sekali,” kata Hornof. “Pada akhirnya, itu hanyalah geometri.”
Mereka mengulangi proses tersebut dengan sebuah bola, menggesernya sebesar 2,4 inci (6 cm) per langkah untuk meniru 99,9% kecepatan cahaya. Ketika irisan-irisan tersebut digabungkan, kubus tampak berputar dan bola tampak seolah-olah Anda dapat mengintip ke sekeliling sisinya.
“Rotasinya bukan bersifat fisik,” kata Hornof. “Itu adalah ilusi optik. Geometri bagaimana cahaya datang pada saat yang sama menipu mata kita.”
Itulah sebabnya efek Terrell-Penrose tidak bertentangan dengan relativitas khusus Einstein. Objek yang bergerak cepat secara fisik diperpendek sepanjang arah perjalanannya, namun kamera tidak menangkapnya secara langsung. Karena cahaya dari belakang memerlukan waktu lebih lama untuk sampai dibandingkan cahaya dari depan, maka fotonya bergeser sedemikian rupa sehingga membuat objek tampak berputar.
“Saat kami melakukan perhitungan, kami terkejut betapa indahnya geometri yang dihasilkan,” kata Hornof. “Melihatnya muncul di gambar sungguh menarik.”
