Hogy a tömeg negatív lehet-e az elektromos töltéssel analóg módon - a tudósok több mint száz éve próbálják kitalálni. Nemrég sikerült olyan furcsa anyagot nyernünk, amely úgy viselkedik, mintha tömege mínusz lenne. Ez új kutatási területet nyit meg.
Hogyan lehet stabilizálni a féreglyukat?
A féreglyuk nem él hosszú ideig a téridőben. Nyaka a gravitáció miatt összeomlik, anélkül, hogy még idő lenne átadni a fénysugarat. Átjárhatóságához negatív tömegű anyag szükséges, amely antigravitációs hatást idéz elő - az úgynevezett egzotikus anyagot. Egy hasonló féreglyuk segítségével eljuthat egy másik univerzumba. Ezt az ötletet az "Interstellar" sci-fi filmben használták - az amerikai elméleti fizikus, Nobel-díjas Kip Thorne javaslatára.
„Kip Thorne alapvető fizikus, tehát elfelejti a technológiát. Mennyi energia szükséges ehhez? Hogyan lehet biztosítani egy ilyen erőműben a fölösleges hő felhasználását? Az elméleti fizikában sok minden megengedett, de minden valós technológiára korlátozások vonatkoznak a termodinamika alapelvei, az energiamegtakarítás törvénye és a speciális relativitáselmélet formájában. Emlékeztetett egy százados fantáziákra, amikor azt hitték, hogy bármilyen anyagot tiszta energiává alakíthat, és rajta repülhet a csillagokra. Elméletileg igen, bárki is. És gyakorlatilag - csak urán, plutónium és lítium-deuterid, de ezekkel is komoly problémák vannak - kommentálja a RIA Novosti Anton Pervushin, a tudományos fantasztikus író, a kozmonautika története szakértője.
Vadászat a fény sebességén
Ha a közönséges test mindent vonz, akkor a negatív tömegű testek visszatükröződnek. Lehet, hogy létezik egy természetben egy ilyen furcsa tulajdonsággal az anyag? 1954-ben a Cambridge-i Herman Bondi fizikus elméletileg kimutatta, hogy nincsenek törvények, amelyek tiltják a negatív tömegű anyagokat. Richard Hammond, az észak-karolinai egyetem fizikusa szerint a rendes anyag részecskéjének el kell mennie egy negatív tömegű részecskétől, és ez a részecske üldözi azt. Egy ilyen pár gyorsulni kezd, fokozatosan közeledve a fénysebességet. Ez felhasználható motor létrehozására egy bolygóközi hajó számára? „Az ötlet sajnos őrült. A gyorsulással a tömeg növekszik - a speciális relativitáselmélet szerint. Sőt, amikor közeledik a fénysebességhez, a tömeg hajlamos a végtelenségre. Ennek következtében a "visszataszító" részecske negatív tömege növekedni fog,és ad infinitum? A valóságban ezek a részecskék visszaszorítják egymást és szétszóródnak, amíg a gravitációs mezőik határain kívül esnek, és ott folytatják szabad repülését, vagy kölcsönhatásba lépnek más részecskékkel”- mondja Pervushin.
Egy negatív gravitációs tömegű részecske üldözi a közönséget. Illusztráció: RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Promóciós videó:
Minden intuíció ellen
2017-ben a Washington State University amerikai fizikusai egy cikke, amely furcsa anyagot kapott a laboratóriumban, amely nem gyorsult fel arra a irányba, ahová tolják, ahogyan azt Newton második törvénye előírja, sok zajt okozott. Ez csak akkor lehetséges, ha tehetetlenségi tömege negatív. Lézer segítségével a fizikusok létrehoztak egy rubídium atomok szuperfolyadékát, lehűtötték azokat szinte abszolút nulla hőmérsékletre, és speciális anyagállapot alakult ki - az úgynevezett Bose-Einstein kondenzátum, amelyben az atomok nagyon lassan mozognak. Ugyanezzel a lézerrel a Bose-Einstein kondenzátum felhőjét a tér egy külön területére rögzítették, és a spin megváltoztatására kényszerítették - van egy ilyen kvantumjellemző a részecskékre. Minél jobban tolta ezt a felhőt, annál gyorsabban felgyorsult az alkalmazott erővel ellentétes irányba. Mintha egy teniszező ütne a labdát, és az felé repült,és nem az ellenfélnek.
Annak érdekében, hogy az anyag negatív tömegű golyóját az ellenfél felé eltalálja, a teniszezőnek még erősebben nyomja maga felé. Illusztráció: RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Ezeket az eredményeket Ausztrália, Nagy-Britannia és Oroszország teoretikusai magyarázták. Ebben az esetben azonban a tényleges tömegről - egy matematikai megoldásról - beszélünk a Bose-Einstein-kondenzátum leírásakor, és nem az anyag alapvető tulajdonságáról. A kristályban lévő elektron negatív effektív tömeget szerez a spin-pálya kölcsönhatása miatt - mondta Szergej Baranov, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a FIAN sugárzás-anyag kölcsönhatás laboratóriumának vezető kutatója. „Vegyünk egy műholdat a pályára. Ha megpróbáljuk lassítani (erőt alkalmazunk a sebességgel szemben), akkor a műholdak alacsonyabb pályára lépnek, és a sebesség nem csökken, hanem növekszik. És a kinetikus energiát, annak ellenére is, hogy negatív munkát végeznek. És ha felgyorsítjuk a műholdat, hátulról nyomva, akkor a sebesség csökken - nos, mi nem negatív tömeg. Valójában a kinetikus energia paradox nyereségét (vagy veszteségét) a potenciális energia vesztesége (vagy nyeresége) kompenzálja - mivel a műholdas gravitációs mezőben van. A negatív effektív tömeg a környezettel való kölcsönhatás eredménye (és a külső környezet nélkül lehetetlen), legyen az kristály vagy gravitációs mező, vagy valamilyen más külső mező. De a modern fizikában erősebb állítás van: minden tömeg mindig a környezettel való kölcsönhatás eredménye.”- magyarázza Szergej Baranov. De a modern fizikában erősebb állítás van: minden tömeg mindig a környezettel való kölcsönhatás eredménye.”- magyarázza Szergej Baranov. De a modern fizikában erősebb állítás van: minden tömeg mindig a környezettel való kölcsönhatás eredménye.”- magyarázza Szergej Baranov.
Tatiana Pichugina
