0:04 В 1959 году физики наткнулись на явление, которое даже на фоне всех парадоксов теории относительности выглядело странным и даже нереальным до сегодняшнего открытия. Да, теория Эйнштейна уже давно заставила нас привыкнуть к странностям. Время может замедляться, пространство искривляться, а масса возрастать. Особенно на ночь глядя. Мы смирились с тем, что вблизи скорости света привычная логика ломается. Но тут появляется нечто, что не укладывалось даже в эти изломанные рамки. Речь шла не о времени, не о расстоянии и не о массе. Речь шла о том, как именно мы видим движущийся
0:51 объект. На первый взгляд, это не кажется чем-то фундаментальным и важным, но в физике восприятие - это следствие того, как устроен сам мир. Если вы видите объект иначе, чем он есть на самом деле, возможно дело не в иллюзии, а в природе самой реальности. Всё началось с того, что физики Джеймс Терол и Роджер Пинроус, независимо друг от друга обнаружили странность, которая не вписывалась в представление даже просвещённого ума. Они показали, что объект, движущийся с около световой скоростью, будет визуально становиться короче в направлении движения, то есть выглядит приплюснутым или сжатым вдоль
1:36 того пути, по которому летит. Это предсказание из теории относительности, и называется оно лоренсовое сокращение. Так вот, как оказалось, это не совсем полная картина для наглядности. Представьте себе, что вы летите на космическом корабле со скоростью близкой к скорости света. За иллюминатором мир сжимается, будто картина в искривлённом зеркале. Вдалеке вы замечаете некий объект, похожий на куб. Он не вращается, и вы видите только одну сторону. По мере приближения вы решаете его сфотографировать, но почему бы нет? По логике Эйнштейна и его теории относительности, куб должен выглядеть сплющенным. И когда вы на него смотрели,
2:22 так и было. Но когда вы просматриваете фотографии, он не сжат. Более того, объект повёрнут в сторону. Сторону, которую вы не видели. Две стороны, затем три стороны, как будто он вращался. Но как это возможно? Объяснение лежит в том, как именно свет от объекта достигает вас. Фотоны, покидающие ближнюю грань, прилетают раньше, чем те, что стартовали с дальней. И хотя задержка ничтожна, на около световых скоростях это превращается в заметный сдвиг. Получается, что вы видите не реальное положение точек объекта, а композицию из света, пребывающего с разным опозданием. глаз, мозг, сенсор,
3:07 камеры. Они честно собирают всё это вместе. И вот на снимке появляется то, чего быть не должно. И объект, который никуда не поворачивался, выглядит повернувшимся. А вот сферические объекты, как оказалось, ведут себя ещё интереснее. Визуально они не сжимаются вовсе. Вы по-прежнему видите круг, но его центр смещён, как будто полюс шара сдвинулся в сторону. Казалось бы, это противоречит интуиции, здравому смыслу или вообще общепринятым ожиданиям. Однако весь этот эксперимент строго следует из уравнений относительности. Даже если футбольный мяч запустить на около световой скорости сайтамы, он останется круглым, но с
3:53 поехавшим центром. Как бы это ужасно не звучало. Этот эффект десятилетиями считался в духе научной фантастики, чем предметом эксперимента. Он встречался в учебниках по общей теории относительности с характерной припиской. Экспериментально не подтверждено, потому что, казалось, подтвердить его просто, ну, невозможно. Разогнать материальный объект до около световой скорости задача, мягко говоря, нетривиальная. Даже ускоренные протоны не годятся, ведь они слишком малы, быстры и неуловимы. Но вот что действительно интригует, это эффект не исчезает даже в квантовом мире. Ведь квантовые частицы с неуловимым спином,
4:40 например, электроны, обладают внутренним вращением. Оно тоже ощущает геометрию пространства. Когда такие частицы двигаются по замкнутой траектории в искривлённой геометрии, их спин поворачивается. Это называют геодезической прицессией, и она не требует ни полей, ни ускорений, лишь гравитацию и движение. Так вот, как вы уже догадались, долгое время всё это оставалось лишь теорией. Вроде бы следует из уравнений, вроде бы логично, но как это показать? Как зафиксировать поворот спина элементарной частицы, если даже с гироскопом в космосе всё еле-еле сработало? Ещё с 1970х годов начали появляться
5:27 идеи, как обойти эту проблему. Некоторые предлагали использовать атомные часы и спутники, другие изучать гироскопы в гравитационном поле Земли. Далее NASA в 2004 году запустила гравитационный зонд эксперимент, подтвердивший более грубую прецессию, связанную с вращением Земли. Это был успех, но вовсе не тот. Эффект Терола Пинроуса всё ещё был в тени, слишком тонкий и слишком капризный. И вот совсем недавно, в этом году, группа исследователей из Австрии нашла элегантное решение. Они поняли, что не обязательно гнать объект до света, ведь можно замедлить сам свет, и тогда всё поменяется местами. Медленный свет-
6:15 значит обычный объект может вести себя визуально так, как будто он движется с около световой скоростью. И это решение сработало. Эксперимент был построен на основе идеи профессора и Гали Галинду и включал ионные ловушки, кольцевые интерферометры и ультракороткие лазерные импульсы. Ионы помещались в магнитное поле и двигались по замкнутым траекториям. Исследователи сравнили квантовые фазы этих частиц до и после движения и обнаружили сдвиг, точно совпадающий с предсказаниями 1959 года. Параллельно с этим они провели визуальный эксперимент с клубами и сферами в замедленной световой среде,
7:01 что не было возможно в то время. Используя особую камеру и материал, в котором свет двигался значительно медленнее обычного, они зафиксировали то, что до сих пор можно было лишь рисовать в симуляциях, ну или на пенти, если кто помнит. Так вот, куб визуально поворачивается, сфера не сплющивается, а сдвигается. Всё это строго по теории, и это был, честно говоря, прорыв. Впервые наблюдение визуального релятивистского эффекта стало не философией в мире Хогварта, а реальным фактом, с минимальными погрешностями и с полным соответствием уравнениям. Как всегда, оставлю подробности открытий в описании. Ну а что дальше? Как это открытие может
7:47 нам помочь? Если вы не интересуетесь наукой, то, боюсь, для вас плохие новости. Для всех же остальных. Во-первых, это открытие даёт уникальную возможность для сверхточных измерений. Поскольку эффект чувствителен к мельчайшим искажениям геометрии пространства, его можно использовать для создания квантовых гироскопов и сенсоров. Они смогут фиксировать не только вращения, но и отклонения в гравитационном поле, которые раньше были на грани чувствительности. Это может пригодиться в автономной навигации без GPS и без спутников, например, для глубоководных подводных аппаратов, для морсоходов или даже для навигации в шахтах, туннелях и подземных объектах.
8:34 Во-вторых, эффект может использоваться для тестирования новых гипотез квантовой гравитации. Он представляет собой редкий мостик между квантовой физикой и общей теорией относительности. двух теорий, которые, как известно, пока не объединены. Мы не знаем точно, как именно устроена гравитация на микроскопическом уровне, но этот эффект позволяет заглянуть в ту область, где они пересекаются. Он не требует финальной формулы вселенной, он уже даёт эксперимент, в котором обе теории проявляются. Они уже поздоровались и даже обменялись номерами телефонов. В-третьих - это урок. Урок того, как наука работает. Идея, рождённая из уравнений в 1959
9:20 году, считавшейся экзотической и непроверяемой, а для кого-то просто бредом, спустя более 65 лет подтверждается не на андронном коллайдере, не в космосе, а в лаборатории среди стекла, лазеров и терпения. Это напоминает, что даже самые странные предсказания заслуживают внимания. Иногда для их проверки просто нужно немного подождать. Возможно, несколько десятилетий, когда наука и технологии сделает ещё несколько шагов, хотя это становится всё сложнее. Но, пожалуй, самое удивительное в этом не сами результаты, а то, что они заставляют нас пересмотреть собственные глаза. То, как мы воспринимаем мир, не истина. Это компромисс, свет, время,
10:08 скорость. Всё влияет на то, что мы видим. Мы привыкли считать фотографию доказательством, а оказывается, фотография зависит от того, как быстро летят фотоны. И когда вы в следующий раз будете смотреть на предмет, движущийся слишком быстро, вспомните, возможно, он уже выглядел иначе, просто вы ещё не знаете, как именно. Иногда наука - это не гигантские бюджеты и не высокие технологии. Это идея, доведённая до предела, до конца. Это маленький куб, медленный свет и точная камера. И вера в то, что истина, какой бы странной она ни была, однажды станет видимой, пусть и слегка повёрнутой, но безумно точной.
11:01 [музыка] เฮ [музыка]
12:08 Oh Oh. [музыка] [аплодисменты] [музыка] เฮ [музыка] เฮ [музыка]
13:14 [аплодисменты] [музыка] [аплодисменты] [музыка]
