凍結光速的攝影術，相對論下的華爾滋

最近在學習如何使用照相機拍照，我發現照相機有捕捉人物動作的功能，而且不會因物體移動而產生模糊，我開始好奇這個功能是怎麼被發明的。相機的功能由來和原理是什麼，而超高速相機是否能展示特勒爾—彭若斯效應？

什麼是特勒爾-彭若斯效應和勞倫茲收縮。特勒爾-彭若斯效應是觀測者觀察接近光速運動的物體，其不同部位所發出的光，因到觀測者的距離不同，所以光抵達觀測者眼睛的時間不同，產生類似旋轉的影像。勞倫茲收縮是物體相對觀測者近似光速運動時，沿運動方向上測量到的長度會縮短。

為什麼特勒爾-彭若斯效應呈現的影像與勞倫茲收縮不同？是因為人類容易把眼睛看到的影像與物體實際測量的長度搞混，所以兩個並不衝突，一個是影像，一個是測量。

我開始思考：「在近似光速運動下可能同時產生其他觀測效應，特勒爾-彭若斯效應產生類似旋轉的視覺變化，而都卜勒效應會使光的頻率增加，波長縮短;遠離時則相反，因此我好奇是不是與都卜勒效應有些微關係？」

特勒爾-彭若斯效應可以使近似光速運動的物體，產生類似旋轉的影像視覺效果，而都卜勒效應會顏色變化。都卜勒效應與特勒爾－彭若斯效應不是彼此造成對方，而是高速相對運動下不同的觀測效應：前者主要表現在頻率與波長的變化，後者主要表現在物體外觀的改變。

如何實驗展示特勒爾—彭若斯效應？利用脈衝雷射產生非常短的光脈衝搭配超高速相機的快速紀錄。脈衝雷射是以一個短暫光脈衝形式發射，不是持續不間斷發射，而超高速相機可在極短的曝光時間記錄一連串光的傳播過程，這樣子能使研究人員分析光在不同位置、時間的變化。如果把超高速相機往前追溯，會發現早就有人開始嘗試肉眼無法分辨的瞬間。高速相機早期發展之一，是英國攝影師邁布里奇的奔馬實驗，透過快速曝光證明馬會有四蹄同時離地，馬奔跑碰觸細線，觸動相機快門。

我好奇：「為什麼要使用脈衝雷射？」主要是為了能精確控制光的產生時間與傳播過程，若不知精確的時間，有可能現在看到的光，無法完全確定是哪一個時間點產生的。

這篇讓我原本以為照相機只是把快速運動拍清楚，後來發現「看見一個物體本身」，就受到光的抵達時間與觀測方式影響。在觀測者的眼中可以透過高速物體移動，引導出許多物理相關知識，如特勒爾-彭若斯效應、勞倫茲收縮。或許生活中的物理雖早已被發現了，但可以更進一步的研究。