¿Cómo se ve un objeto a la velocidad de la luz? Científicos lo fotografían por primera vez

Un equipo de científicos en Austria ha conseguido recrear y fotografiar por primera vez el efecto Terrell-Penrose, una consecuencia de la relatividad especial teorizada hace más de 60 años. Utilizando un ingenioso método con pulsos de láser, simularon una velocidad de la luz de solo 2 m/s para hacer visible lo imposible.

Crédito: D. Hornof et al., Comm. Phys., 2025.

Cuando un objeto se mueve a velocidades extremas, cercanas a la de la luz (c), las reglas de nuestra percepción cotidiana dejan de aplicarse. Esta es la consecuencia central de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein: la longitud de un objeto se contrae y el tiempo transcurre de manera diferente para él. Aunque estos fenómenos han sido confirmados experimentalmente en múltiples ocasiones, una curiosa consecuencia había permanecido sin observar: el llamado efecto Terrell-Penrose.

En 1959, los físicos James Terrell y Roger Penrose (ganador del Premio Nobel en 2020) concluyeron de forma independiente que los objetos que se mueven a gran velocidad no solo deberían parecer más cortos, sino también rotados. Ahora, una colaboración entre la Universidad Técnica de Viena (TU Wien) y la Universidad de Viena ha logrado demostrarlo.

El cubo que parece girar

«Supongamos que un cohete pasa a nuestro lado al noventa por ciento de la velocidad de la luz. Para nosotros, ya no tendría la misma longitud que antes de despegar, sino que sería 2.3 veces más corto», explica el profesor Peter Schattschneider de la TU Wien. Este fenómeno es conocido como la contracción de Lorentz.

Aún así, fotografiar esta contracción no es tan simple. «Si quisieras tomar una foto del cohete mientras pasa, tendrías que tener en cuenta que la luz de sus diferentes puntos tarda tiempos distintos en llegar a la cámara», añade el profesor. La luz que llega a nuestro ojo simultáneamente desde distintas partes del objeto no fue emitida al mismo tiempo, lo que genera complejos efectos ópticos.

Configuración del experimento. Crédito: D. Hornof et al., Comm. Phys., 2025.

Imaginemos que el objeto es un cubo. La luz de la esquina trasera del cubo tarda más en llegar a nosotros que la luz de la esquina delantera. Por lo tanto, para que ambas lleguen al mismo tiempo, la luz de la parte trasera tuvo que ser emitida antes. En ese instante anterior, el cubo estaba en una posición ligeramente diferente. «Esto hace que parezca como si el cubo hubiera sido rotado», comenta Schattschneider. Es esta combinación de la contracción de la longitud y los diferentes tiempos de viaje de la luz lo que produce la rotación aparente predicha por Terrell y Penrose.

El truco: ralentizar la luz de forma efectiva

Técnicamente, es imposible acelerar un objeto macroscópico a una velocidad donde este efecto sea visible. Sin embargo, el equipo de Schattschneider encontró una solución inspirada en el arte: utilizaron pulsos de láser ultracortos y una cámara de alta velocidad para recrear el efecto en el laboratorio.

«Movimos un cubo y una esfera y usamos la cámara de alta velocidad para registrar los destellos de láser reflejados en diferentes puntos de estos objetos en distintos momentos», explican Victoria Helm y Dominik Hornof, los dos estudiantes que llevaron a cabo el experimento. «Si ajustas la sincronización correctamente, puedes crear una situación que produce los mismos resultados que si la velocidad de la luz fuera de no más de 2 metros por segundo».

a) Imagen de calibración del cuboide en reposo. La imagen se superpone con una simulación de perspectiva del cuboide desde la posición de la cámara. b) Rotación de Terrell de una esfera moviéndose intencionalmente contraída por Lorentz a el 99.9 % de la velocidad de la luz. c) Rotación de Terrell de un cubo. Se superpone una simulación (contornos blancos) sobre los resultados experimentales para guiar la vista y verificar la descripción teórica. Crédito: D. Hornof et al., Comm. Phys., 2025.

El método consiste en «coser» muchas «rebanadas» delgadas de luz reflejada. El equipo fotografió el objeto en múltiples instantes y luego combinó las áreas iluminadas por el láser en el momento preciso en que la luz habría sido emitida si c fuera de solo 2 m/s. El resultado es una sola imagen fija que hace visible el efecto Terrell-Penrose.

«Combinamos las imágenes fijas en videoclips cortos de los objetos ultrarrápidos. El resultado fue exactamente lo que esperábamos», afirma Schattschneider. «Un cubo aparece torcido, una esfera sigue siendo una esfera, pero su Polo Norte está en un lugar diferente».

Esta demostración no es solo un éxito científico, sino también el resultado de una simbiosis entre arte y ciencia, ya que el proyecto se originó a partir de una colaboración con la artista Enar de Dios Rodríguez. Los resultados, publicados en la revista Communications Physics, nos ayudan a comprender un poco mejor el mundo, a menudo anti-intuitivo, de la relatividad.

Fuente: TU Wien: Edición: MP.