Huruvida massa kan vara negativ i analogi med en elektrisk laddning - forskare har försökt ta reda på det i mer än hundra år. Nyligen lyckades vi få ett konstigt ämne som uppträder som om dess massa var minus. Detta öppnar ett nytt forskningsområde.
Hur man stabiliserar ett maskhål
Ett maskhål lever inte länge i rymden. Halsen kollapsar på grund av tyngdkraften, utan att ens ha tid att passera en ljusstråle. För att göra det passabelt krävs ett ämne med negativ massa, vilket skapar en antigravitetseffekt - det så kallade exotiska ämnet. Genom ett liknande maskhål kan du komma till ett annat universum. Denna idé användes i science fiction-filmen "Interstellar" - på förslag av den amerikanska teoretiska fysikern, nobelpristagaren Kip Thorne.
”Kip Thorne är en grundläggande fysiker, så han glömmer teknik. Hur mycket energi krävs för detta? Hur kan man säkerställa utnyttjandet av överskottsvärme för ett sådant kraftverk? I teoretisk fysik är mycket tillåtet, men all verklig teknik är föremål för begränsningar i form av termodynamikens principer, lagen om bevarande av energi, relativitetsteorin. Det påminner mig om fantasierna från ett sekel sedan, då man trodde att du kan förvandla vilket ämne som helst till ren energi och flyga till stjärnorna på detta. I teorin, ja, vem som helst. Och praktiskt taget - bara uran, plutonium och litiumdeuterid, men det finns stora problem med dem också,”- kommenterar RIA Novosti Anton Pervushin, science fiction-författare, specialist i astronautikens historia.
Jakt med ljusets hastighet
Om vanliga kroppar drar till sig allt, kommer kroppar med negativ massavvisning. Kunde materia med en så konstig egendom existera i naturen? 1954 visade fysiker Herman Bondi från Cambridge teoretiskt att det inte finns några lagar som förbjuder ämnen med negativ massa. En partikel av vanligt ämne, skriver fysiker Richard Hammond vid University of North Carolina, måste fly från en partikel med negativ massa, och den partikelen jagar den. Ett sådant par börjar accelerera och gradvis närma sig ljusets hastighet. Kan detta användas för att skapa en motor för ett interplanetärt fartyg?”Idén är tyvärr galen. Med acceleration växer massan - enligt den relativa relativitetsteorin. När det närmar sig ljusets hastighet tenderar dessutom massan till oändlighet. Tack vare vilken den "avvisande" partikelns negativa massa kommer att öka,och ad infinitum? I verkligheten kommer dessa partiklar att avvisa varandra och sprida sig tills de befinner sig utanför gränserna för deras gravitationsfält, och där fortsätter de antingen sin fria flykt eller interagerar med andra partiklar, säger Pervushin.
En partikel med negativ gravitationsmassa jagar en vanlig partikel. Illustration av RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Kampanjvideo:
Mot all intuition
Under 2017 gjorde en artikel av amerikanska fysiker från Washington State University som fick ett konstigt ämne i laboratoriet, som inte accelererade i den riktning där det pressades, som föreskrivs i Newtons andra lag, mycket buller. Detta är endast möjligt om dess tröghetsmassa är negativ. Med hjälp av en laser skapade fysiker en vätska av rubidiumatomer, kylde dem till en temperatur på nästan absolut noll, och ett speciellt tillstånd av materia uppstod - det så kallade Bose-Einstein-kondensatet, där atomerna rör sig mycket långsamt. Med samma laser var ett moln av Bose-Einstein-kondensat som sagt låst i ett separat rymdområde och tvingades ändra snurret - det finns en sådan kvantkaraktäristik för partiklar. Ju mer pressade detta moln, desto mer accelererade det i motsatt riktning mot den applicerade kraften. Som om en tennisspelare slog bollen och den flög mot honom,och inte motståndaren.
För att slå bollen från ämnet med negativ massa mot motståndaren måste tennisspelaren pressa den ännu hårdare mot sig själv. Illustration av RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Dessa resultat förklarades av teoretiker från Australien, Storbritannien och Ryssland. Men i det här fallet talar vi om den effektiva massan - en matematisk lösning när vi beskriver Bose-Einstein-kondensatet och inte om materiens grundläggande egenskap. En elektron i en kristall förvärvar en negativ effektiv massa på grund av interaktion mellan spin-orbit, säger Sergei Baranov, doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper, ledande forskare vid laboratoriet för strålning-materia-interaktion vid FIAN. “Tänk på en satellit i omloppsbana. Om vi försöker bromsa den (applicera en kraft mot hastigheten) kommer satelliten att flytta till en lägre bana och dess hastighet kommer inte att minska utan öka. Och den kinetiska energin, trots det negativa arbete som görs också. Och om vi påskyndar satelliten och trycker den bakifrån kommer hastigheten att minska - ja, vad är inte negativ massa. I själva verket kompenseras den paradoxala förstärkningen (eller förlusten) av kinetisk energi av förlusten (eller förstärkningen) av potentiell energi - eftersom satelliten befinner sig i tyngdfältet. Den negativa effektiva massan är resultatet av interaktion med miljön (och det är omöjligt utan den yttre miljön), vare sig det är ett kristall eller ett tyngdfält eller något annat yttre fält. Men i modern fysik finns det ett starkare uttalande: varje massa är alltid resultatet av interaktion med miljön,”förklarar Sergei Baranov. Men i modern fysik finns det ett starkare uttalande: varje massa är alltid resultatet av interaktion med miljön,”förklarar Sergei Baranov. Men i modern fysik finns det ett starkare uttalande: varje massa är alltid resultatet av interaktion med miljön,”förklarar Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
