愛因斯坦相對論的扭曲幻象 科學家首度捕捉驚人畫面

維也納的物理學家們透過雷射與高速攝影技術，成功重現了愛因斯坦相對論中預測的奇特光學幻象——泰瑞爾-潘洛斯效應。他們巧妙地將光速模擬降至每秒2公尺，讓高速移動的立方體呈現出60年前理論預測的扭曲視覺效果。

當物體以接近光速移動時，我們日常認知的時空概念將完全失效。這正是愛因斯坦狹義相對論的核心觀點——物體會隨著速度增加而縮短長度，時間流逝也會與靜止觀察者產生差異。雖然聽來不可思議，但無數實驗已證實這些現象。

然而相對論中還有一個更令人費解的預測，直到現在才首度被觀測到。1959年，物理學家詹姆斯·泰瑞爾與羅傑·潘洛斯各自獨立提出：超高速物體不僅會看起來變短，還會呈現旋轉狀態。維也納科技大學的彼得·沙特施耐德教授解釋道：「想像一艘以90%光速飛過的火箭，對我們而言它的長度會縮短為原來的2.3倍，這就是相對論性的長度收縮效應。」

但這種收縮無法直接拍攝記錄。沙特施耐德進一步說明：「要拍攝高速移動的火箭，必須考慮到物體不同位置發出的光線抵達相機的時間差。這些同時進入鏡頭的光線，其實是在不同時刻發射的，這會產生複雜的光學效應。」

研究團隊以立方體為例：遠離觀察者的那一面比靠近的面距離更遠。若來自前後角落的兩個光子同時抵達眼睛，後方光子必須更早發射。這使得立方體看起來就像被旋轉了——正是泰瑞爾與潘洛斯預測的視覺扭曲現象。

雖然在日常生活中這個效應微不足道（即使拍攝F1賽車也難以察覺），但對於接近光速的物體就會變得非常明顯。由於現今技術尚無法將火箭加速到足以觀察此效應的程度，維也納團隊另闢蹊徑，受藝術創作啟發，利用超短脈衝雷射與高速攝影在實驗室中重現這個現象。

負責實驗的學生維多利亞·赫爾姆與多米尼克·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在不同時間點從物體表面反射的閃光。只要精確控制時序，就能創造出相當於光速僅2m/s的觀測條件。」

這項突破不僅是科學成就，更是藝術與科學完美結合的成果。靈感源自藝術家埃納爾·德迪奧斯·羅德里格茲與維也納大學、維也納科技大學合作的「超高速攝影與光速緩慢化」藝術科學計畫。研究成果已發表於《通訊物理》期刊，幫助我們更直觀理解相對論的奧秘。

參考文獻：Hornof, D., Helm, V., de Dios Rodriguez, E. et al. A snapshot of relativistic motion: visualizing the Terrell-Penrose effect. Commun Phys 8, 123 (2025). https://doi.org/10.1038/s42005-025-02003-6

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