Cette illusion de la relativité restreinte d’Einstein observée en laboratoire

Nos yeux peuvent parfois nous jouer des tours et c’est tout à fait normal. C’est notamment le cas lorsqu’un phénomène connu sous le nom d’effet Terrell-Penrose se produit. L’effet de ce phénomène – théorisé il y a plus de 60 ans – sur l’esprit a enfin été confirmé expérimentalement.

Qu’est-ce que l’effet Terrell-Penrose ?

Également connu sous le nom de rotation de Terre, l’effet Terrell-Penrose est la distorsion de rotation qu’un objet semblerait subir s’il se déplaçait à une fraction significative de la vitesse de la lumière. D’après les formulations théoriques de ce phénomène réalisées indépendamment par Roger Penrose et James Terrell en 1959, l’effet Terrell-Penrose est une manifestation de la théorie de la relativité restreinte, et elle résulterait notamment de la manière dont les observateurs perçoivent la lumière d’un objet se déplaçant à des vitesses qui frôlent celle de la lumière.

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Autrement dit, lorsque des objets approchent la vitesse de la lumière, un certain nombre de phénomènes étranges se produisent. Si on prend par exemple le cas d’un vaisseau spatial, un observateur qui le regarde de loin passer à toute vitesse verra sa longueur raccourcir, et c’est un phénomène expliqué par la théorie de la relativité restreinte d’Einstein. Mais d’après l’effet Terrell-Penrose, la distorsion visuelle induite par un déplacement à très grande vitesse ne se limite pas à cela. En fait, cette théorie dit que les objets ultrarapides ne devraient pas seulement paraître plus courts, mais aussi subir une déformation par rotation.

Une démonstration scientifique inspirée d’une démonstration artistique

Si ce phénomène est un élément accepté de la théorie de la relativité restreinte, et ce, depuis 66 ans, il faut savoir qu’il n’a jamais été confirmé expérimentalement. En effet, bien que de nombreux modèles informatiques aient été construits pour illustrer cette rotation due à l’effet Terrell-Penrose, ce dernier est resté largement une expérience de pensée. Du moins c’était le cas jusqu’à récemment. Dans une nouvelle recherche, les scientifiques de l’université technique de Vienne ont pour la toute première fois recréé cette étrange illusion visuelle issue de la relativité restreinte dans un dispositif expérimental.

Pour ce faire, les chercheurs ont dirigé une lumière laser pulsée sur deux objets en mouvement : une sphère ou un cube. Les impulsions laser ont été synchronisées avec une caméra picoseconde qui a collecté les lumières diffusées par les objets. Ils ont également programmé la caméra pour produire une série d’images à chaque position des objets en mouvement. Ils ont ensuite laissé les objets se déplacer jusqu’à leur position suivante et, lorsque le laser a de nouveau pulsé, ils ont enregistré de nouvelles séries d’images ultrarapides avec la caméra. En reliant les images enregistrées par la caméra en réponse à différentes impulsions laser, les chercheurs ont pu réduire la vitesse de la lumière à moins de 2 mètres par seconde.

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D’après les résultats de l’étude publiée dans la revue Communications Physics, cela leur a permis d’observer que les objets semblaient plutôt tourner au lieu de se contracter, exactement comme l’avaient prédit Terrell et Penrose il y a six décennies. Cette démonstration de l’effet Terrell-Penrose n’est pas seulement une réussite scientifique, mais aussi une réussite artistique. En fait, le point de départ de cette étude était un projet art-science de l’artiste Enar de Dios Rodriguez qui, il y a plusieurs années, a exploré les possibilités de la photographie ultrarapide et la « lenteur de la lumière » qui en résulte.

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