湖南
你知道吗？爱因斯坦的相对论里有个神奇的预言，说高速运动的物体看起来会像是被旋转了一样。这个预言提出 60 多年了，直到现在，科学家们才终于把它 “抓” 到！
在我们平常的认知里，空间和时间是很稳定的概念。但爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，当物体运动速度特别特别快，快到接近光速的时候，一切就变得不一样啦。物体的长度会随着速度加快而缩短，而且时间流逝的速度也和静止时不一样。这些听起来很荒诞的理论，已经被无数实验证实了。
1959 年，物理学家詹姆斯・特雷尔（James Terrell）和罗杰・彭罗斯（Roger Penrose）分别提出了一个更让人难以置信的预言 —— 特雷尔 - 彭罗斯效应。这个效应说，超高速运动的物体不仅看起来会变短，还会像是被旋转过。可这么多年过去了，一直没人真正看到过这种现象。
最近，维也纳的科学家们做到了！他们借助巧妙的实验装置，用激光和高速摄像机，成功重现了这个神奇的视觉错觉。在实验里，他们把光的速度减慢到了每秒 2 米（在现实世界里，光可是以每秒约 30 万千米的速度传播呢！）。
维也纳工业大学的彼得・沙茨施耐德（Peter Schattschneider）教授举了个例子：“假如有一枚火箭以 90% 的光速从我们眼前飞过，在我们眼中，它的长度不再是起飞前的样子，而是会缩短到原来的 2.3 倍。” 这就是相对论里说的长度收缩，也叫洛伦兹收缩。不过，这种长度收缩是没办法直接拍下来的。因为物体不同部分发出的光到达相机的时间不一样，所以拍出来的效果会受到复杂的光学影响。
咱们拿一个高速运动的立方体来举例，就能更好地理解这个扭曲错觉了。立方体背对我们的那一面比正对我们的一面要远一些。如果有两个光子同时到达我们的眼睛，一个来自立方体的前角，另一个来自后角，那来自后角的光子传播的距离肯定更远，这就意味着它发出的时间更早。在那个时候，立方体的位置和前角发光时的位置不一样，所以在我们看来，立方体就好像被旋转过一样。这就是长度收缩和光传播时间差异共同作用产生的奇妙效果。
在日常生活里，哪怕是拍摄速度极快的汽车，这种现象也不会出现。因为就算是最快的 F1 赛车，在车身前后不同面发光到达我们眼睛的时间差里，移动的距离实在是太短了。但要是火箭以接近光速飞行，这个效果就会很明显。
从技术上来说，现在还没办法把火箭加速到能让我们直接在照片里看到这种效果的速度。于是，维也纳工业大学的彼得・沙茨施耐德团队受到艺术的启发，找到了新办法。他们让立方体和球体在实验室里移动，用高速摄像机记录物体不同点在不同时间反射的激光闪光。只要控制好时间，就能模拟出光的速度只有每秒 2 米时的效果。
这次实验的特别之处在于，他们把物体在不同时间拍摄的照片组合起来，把那些在光速度为每秒 2 米时从物体各点发出光的瞬间所照亮的区域，合成了一张静态图片。就这样，特雷尔 - 彭罗斯效应清晰地展现在大家眼前。最后，他们把这些静态图片做成了高速物体的短视频，结果和预言完全一样：立方体看起来像是被扭曲了，球体还是球体，但北极点的位置变了。
这次成功展示特雷尔 - 彭罗斯效应，不仅是科学上的重大突破，也是艺术与科学完美结合的成果。最开始，艺术家埃纳尔・德・迪奥斯・罗德里格斯（Enar de Dios Rodriguez）和维也纳大学、维也纳工业大学合作开展了一个艺术科学项目，探索超快摄影和由此产生的 “光的慢效应”，为这次实验打下了基础。现在，研究成果已经发表在了《通信物理学》杂志上，这让我们对相对论这个难以直观理解的世界又多了一些认识。
爱因斯坦相对论的这个预言被证实，让我们看到了科学的神奇之处。大家对这次的发现有什么想法？你觉得相对论里还有哪些有趣的现象值得去探索呢？快来评论区一起讨论吧！
参考资料：DOI:10.1038/s42005-025-02003-6
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