دوران تيريل

يُعرف دوران تيريل، أو تأثير تيريل، بأنه التشوه البصري الذي قد يظهر لجسم عابر، وفقًا لنظرية النسبية الخاصة ، إذا كان يتحرك بسرعة تُقارب سرعة الضوء . ناقش الفيزيائي النمساوي أنطون لامبا هذا السلوك لأول مرة عام 1924، ثم طوره بشكل مستقل كل من روجر بنروز وجيمس تيريل عام 1959. ونظرًا لخلاف مبكر حول الأسبقية والنسبة الصحيحة، يُشار إلى هذا التأثير أحيانًا باسم تأثير بنروز-تيريل ، أو تأثير تيريل-بنروز، أو تأثير لامبا-تيريل-بنروز.

في عام ١٩٢٤، ناقش أنطون لامبا في بحثه هذا التأثير لأول مرة على قضيب متحرك، ^{[ ١ ] [ ٢ ]} ولكن تم تجاهل هذه النتيجة حتى أعاد بنروز وتيريل اكتشافها. ^{[ ٣ ] [ ٤ ]} قُدِّم مقال روجر بنروز حول هذا التأثير في ٢٩ يوليو ١٩٥٨ ونُشر في يناير ١٩٥٩. ^{[ ٥ ]} قُدِّم مقال جيمس تيريل في ٢٢ يونيو ١٩٥٩ ونُشر في ١٥ نوفمبر ١٩٥٩. ^{[ ٦ ]} وقد طوّر بنروز حالة الكرة تحديدًا. ^{[ ٤ ]}

أثارت أوراق تيريل وبينروز عددًا من الأوراق البحثية اللاحقة، ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} نُشر معظمها في المجلة الأمريكية للفيزياء ، لاستكشاف تبعات هذا التصحيح. أشارت هذه الأوراق إلى أن بعض المناقشات القائمة حول النسبية الخاصة كانت معيبة، و"فسّرت" تأثيرات لم تتنبأ بها النظرية في الواقع. ورغم أن هذه الأوراق لم تُغيّر البنية الرياضية الفعلية للنسبية الخاصة بأي شكل من الأشكال، إلا أنها صحّحت مفهومًا خاطئًا بشأن تنبؤات النظرية.

وقد شاع هذا الأمر بفضل فيكتور فايسكوف في مقال نُشر في مجلة الفيزياء اليوم عام 1960. ^{[ 15 ]}

في عام 2017، اقترح عالم الفلك آفي لوب أن تأثير تيريل قد يكون له تطبيقات في قياس كتل الكواكب الخارجية. ^{[ 16 ]}

تم إثبات هذا التأثير تجريبياً في عام 2024 من قبل بيتر شاتشنايدر وفريقه في جامعة فيينا التقنية . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} استخدموا نبضات ليزر متناسقة وكاميرات لتقليل السرعة الظاهرية للضوء إلى 2  متر/ثانية، مما جعل التأثير مرئياً. ^{[ 16 ]}

في الرسم التوضيحي الرئيسي، يظهر شكل كروي مفلطح يمثل كرة منكمشة بفعل لورنتز تتحرك بسرعة 0.999 من سرعة  الضوء، موجهًا قطبه الشمالي مباشرةً نحو الكاميرا. يُحرك هذا الشكل الكروي من اليمين إلى اليسار ويُضاء بومضات ضوئية متتالية نبضية (فيمتوثانية). لا يُسجل إلا الضوء الذي يصل إلى الكاميرا خلال فترات زمنية ثابتة قدرها 300 بيكو ثانية. وبدمج الصور،  أمكن محاكاة مظهر كرة تدور حول محورها (دوران تيريل) وهي تتحرك بسرعة 0.999 من سرعة الضوء إلى اليسار. في الصورة الرئيسية، يظهر القطب الشمالي للكرة وكأنه يدور نحو الحافة اليسرى، ويكون محيط الكرة شبه دائري. ^{[ 17 ]}

بسبب التناظر، يُعادل هذا المظهر المرئي للجسم الساكن كما يراه مراقب متحرك. ولأن تحويلات لورنتز لا تعتمد على التسارع، فإن المظهر المرئي للجسم يعتمد فقط على السرعة اللحظية، وليس على تسارع المراقب.

أشارت أوراق تيريل وبينروز إلى أنه على الرغم من أن النسبية الخاصة تبدو وكأنها تصف "انكماشًا مُلاحَظًا" في الأجسام المتحركة، إلا أنه لا ينبغي الخلط بين هذه "الملاحظات" المُفسَّرة والتنبؤات الحرفية للنظرية بشأن المظهر المرئي للجسم المتحرك. فبفضل تأثيرات التأخير الزمني التفاضلي في الإشارات التي تصل إلى الراصد من أجزاء الجسم المختلفة، يبدو الجسم المبتعد منكمشًا، ويبدو الجسم المقترب مُستطيلًا (حتى في ظل النسبية الخاصة)، ويبدو شكل الجسم المار مشوهًا، كما لو كان مُدارًا. يقول بينروز: "يصل الضوء من الجزء الخلفي إلى الراصد من خلف الكرة، وهو أمر ممكن لأن الكرة تتحرك باستمرار لتفسح له الطريق". ^{[ 6 ] [ 5 ]}

بالنسبة لصور الأجسام العابرة، يمكن تفسير الانكماش الظاهري للمسافات بين النقاط على السطح العرضي للجسم على أنه ناتج عن تغير ظاهري في زاوية الرؤية، ويمكن تفسير صورة الجسم على أنها تبدو وكأنها تدور . كان الوصف الشائع سابقًا لتنبؤات النسبية الخاصة، والذي يرى فيه الراصد الجسم العابر منكمشًا (على سبيل المثال، من كرة إلى شكل بيضاوي مفلطح)، خاطئًا. تحافظ الكرة على شكلها الدائري لأن الضوء القادم من نقاط أبعد على الشكل البيضاوي المنكمش بفعل لورنتز، أثناء حركتها، يستغرق وقتًا أطول للوصول إلى العين. ^{[ 6 ] [ 5 ]}

يمكن رؤية تمثيل لتأثير تيريل في برنامج محاكاة الفيزياء "سرعة أبطأ للضوء" ، الذي نشره معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). ^{[ 19 ]}

• انقباض الطول
• الانحراف النجمي

• صفحة ويب تشرح تأثير بنروز-تيريل
• شروحات وافية ورسوم توضيحية لشكل الأجسام المتحركة
• محاكاة تفاعلية لتأثير بنروز-تيريل