物體以光速的99.9%運動會怎樣？實驗揭開百年物理謎團(tuán)

如果有一天，你能坐在一輛飛船里，以光速的99.9%掠過一座城市，你看到的景象，可能會顛覆你對“看見”這件事的所有理解。

街道不會只是模糊，而是像被揉進(jìn)時間的漩渦。前方的建筑似乎被壓扁，側(cè)面的房子又奇怪地露出了一點背影，整個世界像被扭成一團(tuán)奇異的幻覺。而這，不是你喝多了，也不是眼花，而是光本身在捉弄你的大腦。

最近，奧地利維也納工業(yè)大學(xué)的物理學(xué)家真把這種幻覺“拍”了出來。他們在實驗室里模擬出了一個幾乎以光速運動的物體在人眼中的樣子。這是人類第一次真正“看見”被稱為“特雷爾—彭羅斯效應(yīng)”的奇觀。

聽起來像科幻小說里的場景，其實是愛因斯坦狹義相對論的一次視覺延伸。

根據(jù)狹義相對論，當(dāng)一個物體接近光速時，它在運動方向上會被壓縮，這叫洛倫茲收縮。這個效應(yīng)在粒子加速器里已經(jīng)間接被驗證過，比如電子在高速運動時確實會變短一點。但問題在于，這只是物理意義上的“變短”，不是我們?nèi)庋鬯姷漠嬅妗?/p>

1959年，數(shù)學(xué)家彭羅斯和物理學(xué)家特雷爾提出了一個令人腦殼發(fā)麻的觀點：
如果你真用相機去拍一個以光速運動的物體，你看到的不會是被壓扁的它，而是一個似乎被“旋轉(zhuǎn)”的版本。因為來自物體各個部分的光到達(dá)相機的時間并不一樣，前面的光先到，后面的光要多繞點路。于是我們拍到的，是一幅時間錯位的拼圖。

換句話說，這個世界在快到極限的時候，連“看到”都變成了一種幻覺。

過去幾十年，科學(xué)家用理論模型和電腦渲染演示過這種效應(yīng)，但沒人能在現(xiàn)實世界里還原它。

現(xiàn)在，維也納的團(tuán)隊做到了，他們把這場百年相對論的幻覺搬進(jìn)了實驗室。研究成果發(fā)表在《自然·通訊物理》上。

研究負(fù)責(zé)人多米尼克·霍諾夫是個量子物理學(xué)家，他說自己最喜歡的就是這項實驗的“簡單”。
“只要思路對了，在一間小實驗室里也能重現(xiàn)相對論的視覺效應(yīng)。”他說，“這證明，即使是百年前的預(yù)測，也能被重新變成活生生的畫面。”

他們的方法相當(dāng)巧妙。由于現(xiàn)實中沒人能真的讓一個方塊跑到光速，所以他們換了個思路，用光本身來“假裝”它在跑。

他們用一種超高速激光脈沖去照射物體，再用“門控相機”來拍下那一瞬間反射的光。相機的快門只在極短的時間內(nèi)打開——短到只有十億分之一秒。這一拍，就是一個“光片”。

接著，他們一次次重復(fù)這個過程，每拍一張，就把方塊往前挪一點點，大約4.8厘米。這相當(dāng)于在兩次激光脈沖間，它以光速80%的速度飛了這段距離。然后，他們把這些光片拼在一起，形成一個看似在以光速狂奔的方塊。

拼完之后，你看畫面，方塊似乎被旋轉(zhuǎn)了。其實它沒動過，只是被光的傳播時間騙了眼睛。霍諾夫說：“最終這不過是幾何問題。”

他們又對一個球體重復(fù)了實驗。球每次移動6厘米，模擬的是光速的99.9%。拼出的結(jié)果更有趣：球依舊是圓的，卻能看到它背面的部分，好像你能繞著它看。

這就是特雷爾—彭羅斯效應(yīng)的魅力。物體并沒有真的轉(zhuǎn)動，光也沒被彎曲，只是因為來自遠(yuǎn)處的光花了更多時間趕到相機，所以整張照片被時間拉扯成一種奇怪的角度。

有人可能會問：那這樣豈不是違反了愛因斯坦的理論？并沒有。
在真實的物理意義上，物體確實會被壓縮；但我們眼睛或相機看到的，是光信號的疊加，而不是“當(dāng)下的形狀”。光從背面?zhèn)鱽淼臅r間差制造出一種假象，好像整個物體被旋轉(zhuǎn)了。

霍諾夫說，他們做完計算后，驚訝于幾何關(guān)系的完美。“當(dāng)這些圖像真的出現(xiàn)在相機里時，那種直觀的震撼，讓人覺得百年前的方程忽然有了生命。”

這次實驗最有意思的地方，不是它“騙”了我們的視覺，而是它再次提醒人類：我們看到的世界，從來不是世界本身，而只是光在時間中的拼接結(jié)果。

光速是宇宙的極限，而人類所有的“看見”，都被綁在這條光的船上。
我們以為在看當(dāng)下，其實永遠(yuǎn)只在看過去。哪怕是一只在陽光下飛舞的蚊子，你看到它的每一幀，都已經(jīng)晚了幾納秒。

而當(dāng)速度接近光速，時間的差距就會被放大到瘋狂的程度。于是，一個靜止的方塊在照片里變成了旋轉(zhuǎn)的影像，一個不動的球看起來能被“看穿”。

在這個意義上，這項實驗不只是相對論的可視化，更像是一場關(guān)于現(xiàn)實本質(zhì)的哲學(xué)實驗。
它讓我們意識到，“真實”是被光和時間共同捏造的幻覺。我們以為自己看到了宇宙的樣子，其實看到的只是光到達(dá)我們的方式。

愛因斯坦那句老話此刻聽起來更諷刺：“現(xiàn)實不過是一種頑固的幻覺。”

如今，維也納的實驗室里，科學(xué)家們真的讓這句幻覺變成了照片。