你知道嗎？愛因斯坦的相對論里有個神奇的預言，說高速運動的物體看起來會像是被旋轉了一樣。這個預言提出 60 多年了，直到現在，科學家們才終于把它 “抓” 到！

在我們平常的認知里，空間和時間是很穩定的概念。但愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，當物體運動速度特別特別快，快到接近光速的時候，一切就變得不一樣啦。物體的長度會隨著速度加快而縮短，而且時間流逝的速度也和靜止時不一樣。這些聽起來很荒誕的理論，已經被無數實驗證實了。

1959 年，物理學家詹姆斯?特雷爾（James Terrell）和羅杰?彭羅斯（Roger Penrose）分別提出了一個更讓人難以置信的預言 —— 特雷爾 - 彭羅斯效應。這個效應說，超高速運動的物體不僅看起來會變短，還會像是被旋轉過?？蛇@么多年過去了，一直沒人真正看到過這種現象。

最近，維也納的科學家們做到了！他們借助巧妙的實驗裝置，用激光和高速攝像機，成功重現了這個神奇的視覺錯覺。在實驗里，他們把光的速度減慢到了每秒 2 米（在現實世界里，光可是以每秒約 30 萬千米的速度傳播呢?。?。

維也納工業大學的彼得?沙茨施耐德（Peter Schattschneider）教授舉了個例子：“假如有一枚火箭以 90% 的光速從我們眼前飛過，在我們眼中，它的長度不再是起飛前的樣子，而是會縮短到原來的 2.3 倍。” 這就是相對論里說的長度收縮，也叫洛倫茲收縮。不過，這種長度收縮是沒辦法直接拍下來的。因為物體不同部分發出的光到達相機的時間不一樣，所以拍出來的效果會受到復雜的光學影響。

咱們拿一個高速運動的立方體來舉例，就能更好地理解這個扭曲錯覺了。立方體背對我們的那一面比正對我們的一面要遠一些。如果有兩個光子同時到達我們的眼睛，一個來自立方體的前角，另一個來自后角，那來自后角的光子傳播的距離肯定更遠，這就意味著它發出的時間更早。在那個時候，立方體的位置和前角發光時的位置不一樣，所以在我們看來，立方體就好像被旋轉過一樣。這就是長度收縮和光傳播時間差異共同作用產生的奇妙效果。

在日常生活里，哪怕是拍攝速度極快的汽車，這種現象也不會出現。因為就算是最快的 F1 賽車，在車身前后不同面發光到達我們眼睛的時間差里，移動的距離實在是太短了。但要是火箭以接近光速飛行，這個效果就會很明顯。

從技術上來說，現在還沒辦法把火箭加速到能讓我們直接在照片里看到這種效果的速度。于是，維也納工業大學的彼得?沙茨施耐德團隊受到藝術的啟發，找到了新辦法。他們讓立方體和球體在實驗室里移動，用高速攝像機記錄物體不同點在不同時間反射的激光閃光。只要控制好時間，就能模擬出光的速度只有每秒 2 米時的效果。

這次實驗的特別之處在于，他們把物體在不同時間拍攝的照片組合起來，把那些在光速度為每秒 2 米時從物體各點發出光的瞬間所照亮的區域，合成了一張靜態圖片。就這樣，特雷爾 - 彭羅斯效應清晰地展現在大家眼前。最后，他們把這些靜態圖片做成了高速物體的短視頻，結果和預言完全一樣：立方體看起來像是被扭曲了，球體還是球體，但北極點的位置變了。

這次成功展示特雷爾 - 彭羅斯效應，不僅是科學上的重大突破，也是藝術與科學完美結合的成果。最開始，藝術家埃納爾?德?迪奧斯?羅德里格斯（Enar de Dios Rodriguez）和維也納大學、維也納工業大學合作開展了一個藝術科學項目，探索超快攝影和由此產生的 “光的慢效應”，為這次實驗打下了基礎。現在，研究成果已經發表在了《通信物理學》雜志上，這讓我們對相對論這個難以直觀理解的世界又多了一些認識。

愛因斯坦相對論的這個預言被證實，讓我們看到了科學的神奇之處。大家對這次的發現有什么想法？你覺得相對論里還有哪些有趣的現象值得去探索呢？快來評論區一起討論吧！

參考資料：DOI:10.1038/s42005-025-02003-6