Все мы знаем, что согласно специальной теории относительности длина объектов сокращается (Лоренцово сокращение), когда они движутся с большой скоростью относительно наблюдателя. Так, летящая мимо нас со скоростью, близкой к скорости света, сфера словно приплющивается в направлении движения, с нашей точки зрения.
Но часто (и даже в учебниках) Лоренцово сокращение объясняют так, что мы видим объект сократившимся в длине, когда он движется с большой скоростью. А это, оказывается, не совсем верно. Видимая длина объекта зависит от того, как быстро до нас долетают фотоны от разных его частей. Если объект движется очень быстро, то до нас одновременно долетят фотоны, испущенные разными частями объекта в разное время (с нашей точки зрения).
Оказывается, если объект летит по направлению к нам, то мы увидим его сокращенным в длине. Если он улетает от нас, то нам покажется, что он длиннее, чем на самом деле, несмотря на Лоренцово сокращение. А если он пролетает мимо нас, то он покажется нам повернутым. Это и есть эффект Террелла-Пенроуза, или вращение Террелла-Пенроуза, впервые строго вычисленное в 1959 году (вполне можно было и раньше, но как-то никто не задумывался!).
Вот как выглядит сфера, пролетающая мимо нас со скоростью 0.95c, т.е. 95% скорости света:
Сама сфера сильно приплюснута в длину из-за Лоренцового сокращения, и ее размеры в системе координат наблюдателя (синяя точка внизу экрана) показаны справа. Но видит ее наблюдатель по-другому - как развернутый диск, образованный желтыми и оранжевыми точками на картинке. У этого диска тот конец, что ближе к наблюдателю, сильно вытянут вперед в сторону движения.
Ссылки по теме:
- компьтерная симуляция вращения Террелла, красивые картинки.
- подробное объяснение эффекта; почему вращение кажущееся и мы не видим на самом деле задней части сферы. Размеры объекта искажаются в наших глазах похожим образом на то, как когда он поворачивается, но на самом деле его задняя часть остается нам невидимой.
Дополнительные ссылки в википедии.