超光速太空船掠過眼前？科學家模擬驚人視覺效應

當物體接近光速飛行時（我們姑且稱它為太空船），會發生一系列令人匪夷所思的現象。根據現有最完善的宇宙古典模型，觀察者會看到掠過的太空船長度明顯縮短。

維也納工業大學的彼得·沙茨施耐德教授解釋：「假設一枚火箭以90%光速從我們面前飛過，對我們來說，它的長度會比起飛前縮短2.3倍。」有趣的是，太空船上的乘客卻會覺得自己的飛船長度正常，反而認為是觀察者被壓縮了。

這種「長度收縮」現象與「時間膨脹」一樣，都是愛因斯坦狹義相對論中被廣泛接受的部分。但科學家還預測了其他效應，包括物體在相對論速度下相互掠過時會出現的視覺旋轉現象。1959年，詹姆斯·特雷爾和羅傑·彭羅斯就提出：非球體（缺乏完美旋轉對稱性的物體）在高速運動時，會讓觀察者產生物體旋轉的錯覺。

沙茨施耐德進一步說明：「如果想拍攝高速飛過的火箭，必須考慮到來自不同部位的光線抵達相機的時間差異。」這解釋了為何球體在照片中仍保持圓形，但看起來像是被旋轉了方向；而對稱性較低的物體（如尺子）則會呈現旋轉而非單純壓縮的視覺效果。

研究團隊運用極短脈衝雷射與高速攝影機，以立方體為實驗物件模擬這個現象。參與實驗的學生維多利亞·赫爾姆和多米尼克·霍爾諾夫表示：「我們讓立方體和球體在實驗室中移動，用高速相機記錄雷射光在不同時間點從物體各部位反射的畫面。只要精確控制時序，就能模擬出相當於光速僅2公尺/秒（時速4.5英里）的相對論效應。」

研究團隊在論文中詳述：「我們發射一系列雷射脈衝照射物體，再用門控相機捕捉反射光。透過掃描雷射脈衝與曝光間的延遲時間Δt，就能呈現光脈衝在靜態物體上的運動軌跡。模擬相對論運動的關鍵在於讓物體移動距離與延遲時間Δt相匹配。」

透過這個實驗裝置，團隊成功模擬出立方體以80%光速、球體以99.9%光速運動時的視覺效果。沙茨施耐德興奮地表示：「將靜態影像組合成超高速物體的短片後，結果完全符合預期——立方體看起來扭曲旋轉，球體雖保持圓形，但北極位置明顯偏移。」這項突破性研究已發表於《通訊物理》期刊。