Az egyik legmeglepőbb tény a tudományban az, hogy a természet törvényei egyetemesek. Minden részecske ugyanazokat a szabályokat követi, ugyanazokat az erőket él, ugyanazon alapvető állandókban létezik, függetlenül attól, hogy hol és hol van. A gravitáció szempontjából az univerzum minden egyes részecskéje ugyanazt a gravitációs gyorsulást vagy ugyanazt a tér-idő görbületét éli meg, függetlenül attól, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkezik.
Mindenesetre az elméletből következik. A gyakorlatban néhány dolgot nagyon nehéz mérni. A fotonok és a közönséges stabil részecskék a várakozások szerint ugyanolyan mértékben esnek egy gravitációs térben, és a Föld minden hatalmas részecskét 9,8 m / s2 sebességgel gyorsul a központja felé. De függetlenül attól, hogy megpróbáltuk, soha nem tudtuk megmérni az antianyag gravitációs gyorsulását. Ugyanúgy fel kell gyorsulnia, de amíg meg nem mérjük, nem lehetünk biztosak benne. Az egyik kísérlet célja, hogy egyszerre és mindenkorra megválaszolja a kérdést. Attól függően, hogy mit talál, egy lépéssel közelebb kerülhetünk a tudományos és technológiai forradalomhoz.
Létezik antigravitáció?
Lehet, hogy nem ismeri ezt, de a tömeg ábrázolására két teljesen különböző módszer létezik. Egyrészt van olyan tömeg, amely felgyorsul, amikor erőt alkalmaz rá: ez m Newton híres egyenletében, ahol F = ma. Ugyanez vonatkozik Einstein E = mc2 egyenletére, amelyből kiszámolhatja, mennyi energia szükséges egy részecske (vagy részecske-ellenes) létrehozásához, és mennyi energiát kap, ha elpusztul.
De van egy másik tömeg: gravitációs. Ez a tömeg, m, amely megjelenik a Föld felületének súlyegyenletében (W = mg) vagy Newton gravitációs törvényében, F = GmM / r2. A közönséges anyag esetében tudjuk, hogy ennek a két tömegnek - tehetetlenségi és gravitációs tömegnek - a 100 milliárd legközelebbi 1-es részének kell lennie, köszönhetően a Laurent Eotvos által több mint 100 évvel ezelőtt meghatározott kísérleti korlátozásoknak.
De az antianyag esetében ezt soha nem lehetett mérni. Nem gravitációs erőket alkalmazottunk az antianyaghoz, és láttuk, hogy ez felgyorsul; létrehozott és megsemmisített antianyagot; pontosan tudjuk, hogyan viselkedik a tehetetlenségi tömege - ugyanúgy, mint a közönséges anyag tehetetlenségi tömege. F = ma és E = mc2 az antianyag esetén ugyanúgy működik, mint a közönséges anyag esetében.
De ha meg akarjuk tudni az antianyag gravitációs viselkedését, akkor nem szabad egyszerűen az elméletet alapozni; meg kell mérnünk. Szerencsére folyamatban van egy kísérlet, hogy pontosan megtudja: az ALPHA kísérlet a CERN-en.
Promóciós videó:
Az egyik nagy áttörés, amely a közelmúltban történt, nemcsak az antianyagból származó részecskék, hanem a semleges, stabil kötött állapotok létrehozása is. Antiprotonok és pozitronok (antielektronok) létrehozhatók, lelassíthatók és kölcsönhatásba léptethetők, hogy semleges antihidrogént képezzenek. Az elektromos és a mágneses mezők kombinációjával ezeket az antiatómakat elzárhatjuk, és stabil módon távol tarthatjuk az anyagtól, ami ütközés esetén megsemmisítéshez vezetne.
Sikerült sikeresen megőriznünk őket egyidejűleg 20 percig, messze meghaladva azt a mikrosekundumos időtartamot, amelyet az instabil alapvető részecskék jellemzően megtapasztalnak. Kioltottunk rájuk fotonokat, és megállapítottuk, hogy azok emissziós és abszorpciós spektruma megegyezik az atomokkal. Megállapítottuk, hogy az antianyag tulajdonságai megegyeznek a szokásos fizika előrejelzéseivel.
Kivéve a gravitációs képeket, természetesen. Az új ALPHA-g detektor, amelyet a kanadai TRIUMF gyárban építettek és a CERN-hez szállítottak az év elején, javítania kell az antianyag gravitációs gyorsulásának kritikus küszöböt. Felgyorsul-e az éghajlatváltozás a Föld felszínén lévő gravitációs mező jelenlétében 9,8 m / s2 (le), -9,8 m / s2 (fel), 0 m / s2 (gravitációs gyorsulás hiányában) vagy más értékre ?
Elméleti és gyakorlati szempontból egyaránt a várt +9,8 m / s2-től eltérő eredmény abszolút forradalmi lesz.
Az antianyag analógjának az anyag minden részecskéjének rendelkeznie kell:
- ugyanaz a tömeg
- ugyanaz a gyorsulás egy gravitációs mezőben
- szemben az elektromos töltés
- ellenkező spin
- ugyanazok a mágneses tulajdonságok
- ugyanúgy kötődni kell atomokhoz, molekulákhoz és nagyobb szerkezetekhez
- azonos konfigurációjú pozitron-átmenetekkel kell rendelkeznie.
Ezen tulajdonságok némelyikét idővel meghatározták: az antianyag tehetetlenségi tömege, az elektromos töltés, a centrifugálás és a mágneses tulajdonságok jól ismertek és tanulmányozottak. A kötési és átmeneti tulajdonságokat más detektorokkal mértük az ALPHA kísérletben, és összhangban állnak a részecskefizika előrejelzéseivel.
De ha a gravitációs gyorsulás inkább negatívnak, mint pozitívnak bizonyul, akkor szó szerint fordítja a világot fejjel lefelé.
Jelenleg nincs olyan gravitációs vezető. Egy elektromos vezetéken a szabad töltések a felszínen élnek és mozoghatnak, és a közelben lévő töltésekre reagálva újraeloszthatják magukat. Ha elektromos töltése van az elektromos vezetéken kívül, akkor a vezeték belseje árnyékolva van az áramforrástól.
De nincs mód arra, hogy megvédjük magunkat a gravitációs erőtől. Az egységes gravitációs mezőt nem lehet úgy hangolni, hogy a tér egy meghatározott területén, például egy elektromos kondenzátor párhuzamos tányérai között legyen. Ok? A pozitív és negatív töltések által generált elektromos erőtől eltérően, a gravitációs töltésnek csak egy típusa van - tömeg / energia. A gravitációs erő mindig vonzza, és nincs mód arra, hogy megváltoztassa.
De ha negatív gravitációs tömeg van, akkor minden megváltozik. Ha az antianyag ténylegesen antigravitációs tulajdonságokat mutat, felfelé és nem lefelé esik, akkor a gravitáció fényében anti-tömegből vagy anti-energiából áll. A fizikai törvények szerint, amint tudjuk, nincs anti-tömeg vagy anti-energia. El tudjuk képzelni őket, és el tudjuk képzelni, hogyan viselkednének, de elvárjuk, hogy az antianyag normál tömege és normális energiája legyen a gravitáció esetén.
Ha létezik antitömeg, akkor a sok technológiai fejlődés, amelyről a tudományos fantasztikus írók álmodtak, hirtelen fizikailag megvalósíthatóvá válik.
- Gravitációs vezetőt úgy tudunk létrehozni, hogy megóvjuk magunkat a gravitációs erőktől.
- Készíthetünk gravitációs kondenzátort az űrben, és létrehozhatunk egy mesterséges gravitációs mezőt.
- Még egy lánchajtást is létrehozhatunk, mivel ugyanolyan módon képesek lennénk a téridő deformálására, mint ahogyan azt Miguel Alcubierre 1994-ben javasolta az általános relativitáselmélet matematikai megoldása.
Ez egy hihetetlen lehetőség, amelyet az összes elméleti fizikus szinte lehetetlennek tart. De függetlenül attól, hogy vad vagy elképzelhetetlen az elméleteitek, támogatnia kell őket, vagy kizárólag kísérleti adatokkal meg kell tagadnia őket. Csak az univerzum mérésével és tesztelésével lehet pontosan megtudni, hogyan működnek a törvényei.
Amíg meg nem mérjük az antianyag gravitációs gyorsulását olyan pontossággal, hogy meggyőződjünk arról, hogy lefelé vagy lefelé esik-e, nyitottnak kell lennünk annak a lehetőségnek, hogy a természet nem úgy viselkedik, ahogy elvárjuk. Az egyenértékűség elve nem működik antianyag esetén; ez lehet 100% anti-elv. És ebben az esetben teljesen új lehetőségek világa nyílik meg. Néhány év alatt megtudjuk a választ, egy egyszerű kísérlet elvégzésével: tegyünk antiatómot egy gravitációs mezőbe és nézzük meg, hogyan esik le.
Ilya Khel