Μία από τις προβλέψεις της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι η συστολή Λόρεντζ, σύμφωνα με την οποία τα αντικείμενα που κινούνται υπόκεινται σε συστολή του μήκους τους, συγκριτικά με έναν «ακίνητο» παρατηρητή, η οποία γίνεται αξιόλογη μόνο σε ταχύτητες συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο μία άλλη πρόβλεψη της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι το φαινόμενο Τερέλ - Πένροουζ, σύμφωνα με το οποίο τα αντικείμενα που κινούνται με τέτοιες ταχύτητες θα φαίνονται στον «ακίνητο» παρατηρητή παράξενα περιεστραμμένα. Το φαινόμενο αυτό είχε μελετηθεί σε πειράματα σκέψης και είχε προσομοιωθεί σε υπολογιστή, αλλά δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πειραματικά.

Αυτό έγινε δυνατό πρόσφατα, όταν επιστήμονες σκέφτηκαν να αξιοποιήσουν για την παρατήρησή του το πείραμα SEEC του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Βιέννης, που έχει ως στόχο την οπτικοποίηση του τρόπου που το φως κινείται κατά μήκος επιφανειών. Το πείραμα έχει να επιδείξει βίντεο που δείχνουν έναν παλμό λέιζερ να μετακινείται σε μια επιφάνεια με ταχύτητα μερικών μέτρων ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή μόλις ένα δισεκατομμυριοστό της ταχύτητας του φωτός (αν και το φως φυσικά κινούνταν με τη γνωστή τεράστια ταχύτητά του). Το SEEC «παγώνει» φαινομενολογικά τον χρόνο, επιτρέποντας τη μελέτη αυτής της φυσικής οντότητας, που είναι η πιο γρήγορη στο σύμπαν.

Ομως στο πείραμα της Βιέννης το φωτιζόμενο αντικείμενο είναι σταθερό. Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν τι θα γινόταν αν το αντικείμενο κινούνταν με την ίδια ταχύτητα που κινείται και ο παλμός λέιζερ. Μήπως τότε θα παρατηρούσαν τη συστολή Λόρεντζ, ή μήπως θα έβλεπαν το ακόμα πιο παράξενο φαινόμενο Τερέλ - Πένροουζ. Για να κατανοηθεί τι είναι αυτό το φαινόμενο πρέπει πρώτα να κατανοήσει κανείς τη συστολή του μήκους. Σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας, το μήκος ενός αντικειμένου που κινείται με ταχύτητα v φαίνεται να συρρικνώνεται κατά έναν συντελεστή ίσο με την τετραγωνική ρίζα του 1-v²/c², όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός. Για παράδειγμα, αν κινείται με τα εννέα δέκατα της ταχύτητας του φωτός, το μήκος του θα φαίνεται να έχει συσταλεί στο 43,6% του πραγματικού.

Ο Αυστριακός φυσικός Αντον Λάμπα, διεξάγοντας πειράματα σκέψης, είχε συνάγει ήδη από το 1924 ότι η συστολή του μήκους δεν θα είναι ορατή από έναν «ακίνητο» παρατηρητή. Λίγο αργότερα, ο Ολλανδός Χέντρικ Λόρεντζ, το όνομα του οποίου δόθηκε στο φαινόμενο της συστολής του μήκους, υποστήριξε ότι θα είναι ορατό. Αυτός ο ισχυρισμός αμφισβητήθηκε μόνο τρεις δεκαετίες αργότερα, όταν ο Αγγλος μαθηματικός Ρότζερ Πένροουζ και ο Αμερικανός φυσικός Τζέιμς Τερέλ, εργαζόμενοι ανεξάρτητα, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η συστολή Λόρεντζ δεν είναι ορατή. Ενα αντικείμενο που κινείται με ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός δεν θα φαίνεται πιο κοντό, θα φαίνεται περιεστραμμένο! Αυτό το φαινόμενο έγινε γνωστό ως φαινόμενο Τερέλ - Πένροουζ.

Η οφθαλμαπάτη οφείλεται στο γεγονός ότι το φως που ο παρατηρητής βλέπει να εκπέμπει ή να ανακλά το αντικείμενο δεν φτάνει σε αυτόν μονομιάς. Το φως από τη μακρινή πλευρά του αντικειμένου έχει αρχίσει το ταξίδι του προς τα μάτια του νωρίτερα από το φως της κοντινής πλευράς. Για αντικείμενα που κινούνται αργά, αυτή η διαφορά δεν έχει καμία σημασία. Αν όμως ένα αντικείμενο κινείται πολύ γρήγορα, στο μικρό χρονικό διάστημα που μεσολαβεί ώστε το φως να ταξιδέψει ένα μέτρο, το αντικείμενο θα έχει ήδη μετακινηθεί αξιόλογα. Το φως που θα φτάσει κάθε χρονική στιγμή στα μάτια του παρατηρητή από διάφορα σημεία του αντικειμένου θα έχει ξεκινήσει σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, δημιουργώντας την ψευδαίσθηση της περιστροφής και διαστολής. Τελικά ούτε η διαστολή είναι ορατή, επειδή εξισορροπείται επακριβώς από τη συστολή Λόρεντζ, δίνοντας μια απλώς περιεστραμμένη εικόνα του αντικειμένου!

Το εκπληκτικό φαινόμενο δεν είχε παρατηρηθεί στο παρελθόν επειδή οι ταχύτητες που απαιτούνται είναι εξαιρετικά μεγάλες, πολύ μακριά απ' ό,τι μπορούμε να πετύχουμε μέσα σε ένα εργαστήριο, και γι' αυτό παρέμενε θεωρητική πρόβλεψη. Με την τεχνολογία του SEEC, όμως, οι περιορισμοί ξεπεράστηκαν. Χρησιμοποιώντας υπερταχέα λέιζερ, κάμερες υψηλής ταχύτητας και υπερακριβή ρολόγια, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μιμηθούν τις σχετικιστικές ταχύτητες, κάνοντας ορατό το φαινόμενο Τερέλ - Πένροουζ για πρώτη φορά. Το παλμικό λέιζερ που χρησιμοποίησαν εκπέμπει παλμούς φωτός για διάστημα μόλις ενός χιλιοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Κάθε παλμός ταξιδεύει σαν ένα λεπτό σφαιρικό κέλυφος φωτός, που ανακλάται πάνω στο κινούμενο αντικείμενο, με το ανακλώμενο φως να συλλαμβάνεται από μια εξαιρετικά γρήγορη κάμερα, που έχει χρόνο έκθεσης μόλις 0,3 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Για να προσομοιώσουν τη συστολή Λόρεντζ, οι επιστήμονες συμπίεσαν το κινούμενο αντικείμενο όσο θα συμπιεζόταν αν κινούνταν με σχετικιστικές ταχύτητες, αλλιώς λόγω του φαινομένου Τερέλ - Πένροουζ θα φαινόταν να έχει επιμηκυνθεί.

Στο πρώτο πείραμα χρησιμοποίησαν μια συμπιεσμένη σφαίρα και στο δεύτερο έναν συμπιεσμένο κύβο. Ακολουθώντας τη διαδικασία του SEEC ρύθμισαν τον παλμό λέιζερ και τον χρονισμό της κάμερας, ώστε κάθε λήψη να καταγράφει μια «φέτα» του αντικειμένου κάθε 200 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Εκαναν τη σφαίρα να κινείται με ταχύτητα 6 εκατοστών μεταξύ κάθε λήψης μιας «φέτας» της, με αποτέλεσμα από τη σκοπιά της κάμερας να φαίνεται πως κινείται με το 99,9% της ταχύτητας του φωτός (6cm/200*10^-12=300.000 χλμ./δευτ.). Επανέλαβαν τη διαδικασία 32 φορές και συνέθεσαν τις καταγραφές σε μια αποτύπωση του αντικειμένου, που επιβεβαίωσε πλήρως το φαινόμενο Τερέλ - Πένροουζ: Το αντικείμενο φαινόταν να έχει κανονικό μέγεθος, αλλά εμφανιζόταν περιεστραμμένο!

Το ρεκόρ της υψηλότερης θερμοκρασίας διαβίωσης έσπασε ένα νέο είδος αμοιβάδας (μονοκύτταρος οργανισμός), που ανακαλύφθηκε πρόσφατα στα νερά του Εθνικού Ηφαιστειακού Πάρκου Λάσσεν στη βόρεια Καλιφόρνια. Το είδος αυτό μπορεί να ζει και να αναπαράγεται μέσω κυτταρικής διαίρεσης σε θερμοκρασία 63 βαθμών Κελσίου, περισσότερο απ' ό,τι κάθε άλλη σύνθετη μορφή ζωής στη Γη. Αυτομάτως διευρύνονται και τα όρια αναζήτησης εξωγήινης ζωής με βάση τον άνθρακα, καθώς η ζωή δείχνει μεγαλύτερη ικανότητα να αντεπεξέρχεται σε πολύ αντίξοες συνθήκες.

Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας για τα ακραιόφιλα - μορφές ζωής που ευδοκιμούν σε ακραίες θερμοκρασίες, οξύτητες ή άλλες δυσοίωνες περιβαλλοντικές συνθήκες - είχε επικεντρωθεί στα βακτήρια και τα άρχαια, μονοκύτταρους οργανισμούς που δεν διαθέτουν πυρήνα ή οργανέλλες μέσα σε κάποια μεμβράνη στο εσωτερικό τους. Το ρεκόρ σε αυτό το είδος οργανισμών το έχει ένα άρχαιο, το Methanopyrus kandleri, που μπορεί να αναπτύσσεται σε θερμοκρασία 122 βαθμών Κελσίου (θερμοκρασίες χύτρας ατμού). Το πιο ανθεκτικό στη θερμοκρασία βακτήριο είναι το Geothermobacterium ferrireducens, που μπορεί να αναπτύσσεται μέχρι και στους 100 βαθμούς.

Ωστόσο, όπως εκτιμούσαν οι επιστήμονες έως τώρα, οι ευκαριώτες, δηλαδή οι οργανισμοί που το κύτταρό τους διαθέτει πυρήνα (εκτείνονται από τις αμοιβάδες έως τα ζώα), δεν θα μπορούσαν να αντέξουν σε πολύ ψηλές θερμοκρασίες, εξαιτίας της πιο πολύπλοκης βιολογίας τους. Οι ψηλές θερμοκρασίες μπορούν να αλλοιώσουν τις πρωτεΐνες, τα δομικά υλικά της ζωής, με χαρακτηριστικότερο παράδειγμα το πήξιμο του πλούσιου σε πρωτεΐνες ασπραδιού του αυγού όταν θερμαίνεται. Μέχρι τώρα είχε αποδειχθεί πειραματικά πως το όριο για τους ευκαριώτες είναι οι 60 βαθμοί Κελσίου, ενώ ως θεωρητικό όριο εκτιμώνταν οι 62 βαθμοί.

Οταν, όμως, ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Σίρακιους πήραν δείγμα από τις ηφαιστειακές λιμνούλες στο Πάρκο Λάσσεν της οροσειράς Κασκέιντ και το καλλιέργησαν στο εργαστήριό τους σε θερμοκρασία 63 βαθμών Κελσίου, διαπίστωσαν ότι μέσα σε μερικές βδομάδες ζούσαν σε αυτό πολλές αμοιβάδες Incendiamoeba cascadensis (ονομασία προερχόμενη από το «αμοιβάδα της φωτιάς από τα Κασκέιντ»). Οι αμοιβάδες αναπαράγονταν άνετα σε αυτήν τη θερμοκρασία, ενώ παρέμεναν δραστήριες χωρίς να αναπαράγονται ακόμα και στους 64 βαθμούς. Σε θερμοκρασίες έως 70 βαθμών, παρέμεναν ζωντανές σε ακινησία κάτω από ένα προστατευτικό περίβλημα που δημιουργούσαν και ξαναξυπνούσαν όταν η θερμοκρασία έπεφτε ξανά.

Οι ερευνητές αποκωδικοποίησαν το γονιδίωμα των ανθεκτικών αμοιβάδων και μελέτησαν την πρωτεϊνική τους σύνθεση. Διαπίστωσαν πως οι πρωτεΐνες τους είχαν υψηλότερο θερμοκρασιακό όριο αλλοίωσης συγκριτικά με των πιο συγγενικών σε αυτές, λιγότερο θερμοανθεκτικών αμοιβάδων. Η νέα ανακάλυψη έχει επιπτώσεις πέρα από τη βιολογία. Η κατανόηση του τρόπου που αυτοί οι οργανισμοί επιζούν σε ψηλές θερμοκρασίες μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν πιο θερμοανθετικές πρωτεΐνες και ένζυμα (κατηγορία πρωτεϊνών που καταλύουν βιοχημικές αντιδράσεις). Τέτοιες ουσίες χρησιμοποιούνται π.χ. στα απορρυπαντικά. Ταυτόχρονα πολλαπλασιάζονται τα ερωτήματα γύρω από τα ανεκτά για τη ζωή περιβαλλοντικά όρια. Κανείς δεν μπορεί να αποκλείσει σε κάποια άλλη λιμνούλα ή ρυάκι να υπάρχουν σύνθετες μορφές ζωής ακόμα πιο ανθεκτικές.