La relatividad especial se hace visible

Una ingeniosa técnica de laboratorio para simular la distorsión visual relativista a una velocidad de la luz reducida a dos metros por segundo permitió visualizar el efecto Terrell-Penrose por primera vez, dándonos una visión sin precedentes de las consecuencias visuales del movimiento relativista.

Un equipo científico de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien), en Austria, ha logrado por primera vez hacer "visible" el efecto Terrell–Penrose, una curiosa consecuencia óptica de la teoría especial de la relatividad, que predice que los objetos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz aparentan rotar ante un observador estático.

Para lograrlo, los investigadores emplearon un truco ingenioso: reducir artificialmente la “velocidad” de la luz a apenas 2 metros por segundo, mediante pulsos láser ultracortos y cámaras de alta velocidad, una serie de condiciones que permitieron capturar imágenes que simulan las condiciones relativistas necesarias, de acuerdo a una nota de prensa. Este experimento no solo confirma una predicción teórica de 1959, sino que abre nuevas vías para visualizar fenómenos relativistas en el laboratorio. El estudio ha sido publicado en la revista Nature.

La teoría especial de la relatividad, formulada por Albert Einstein en 1905, se basa en dos postulados clave: la velocidad de la luz es constante e independiente del movimiento del emisor y las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas inerciales. A partir de estas ideas surgieron fenómenos sorprendentes, como la contracción de longitud y la dilatación del tiempo, que han sido verificados experimentalmente en múltiples ocasiones.

El efecto de rotación

En 1959, los físicos James Terrell y Roger Penrose concluyeron de forma independiente que un objeto que se mueve a velocidades relativistas no aparecería simplemente más corto, sino que se vería "rotado o girado", debido a la combinación del fenómeno de contracción y los distintos tiempos de llegada de los fotones al observador.

Si imaginamos un cubo que se desplaza a gran velocidad, podemos pensar que el vértice lejano está más atrás que el cercano. Si dos fotones llegan a nuestros ojos simultáneamente, uno puede haber salido del vértice lejano antes que otro del vértice cercano, cuando el cubo aún se encontraba en otra posición. Al combinarse ambos puntos en la misma imagen, se crea la impresión de que el cubo está "girado".

Teniendo en cuenta que actualmente resulta imposible acelerar un objeto a velocidades próximas a la luz, el equipo de TU Wien, junto a especialistas de la Universidad de Viena, simuló una luz ultralenta mediante pulsos láser de femtosegundos y otras condiciones, logrando así el contexto necesario para probar la teoría.

Experimento y aplicaciones

En concreto, colocaron un cubo y una esfera en el laboratorio y registraron las reflexiones del láser en distintos momentos. Posteriormente, combinaron estas imágenes parciales para reconstruir un fotograma único que emula la vista que se obtendría si la luz fuese realmente tan lenta.

El cubo aparece claramente torcido, mientras que la esfera conserva su forma, aunque con un ligero desplazamiento del polo norte, justo como predice la teoría de Terrell–Penrose. Este logro representa la primera demostración experimental de este postulado, confirmando un aspecto visual de la relatividad especial que hasta ahora solo existía en el ámbito teórico.

Más allá de su valor científico, entender y controlar efectos relativistas en laboratorio podría influir en nuevas técnicas de imagen, sistemas de sincronización de alta precisión y simulaciones de realidad virtual, donde la percepción del espacio-tiempo sea clave para lograr el efecto buscado.