Negative Materiemasse. Große Enzyklopädie von Öl und Gas

Forschern der University of Washington (USA) ist aus Rubidium-Atomen das Verhalten einer Substanz mit negativer effektiver Masse gelungen. Das bedeutet, dass diese Atome unter äußerer Einwirkung nicht in Richtung des Vektors dieses Einflusses geflogen sind. Unter den experimentellen Bedingungen verhielten sie sich jedes Mal so, als ob sie gegen eine unsichtbare Wand liefen, wenn sie sich den Grenzen einer Region mit sehr kleinem Volumen näherten. Das entsprechende ist veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Überprüfung. Das Experiment wurde von den Medien fälschlicherweise als "Materie mit negativer Masse erschaffen" interpretiert (theoretisch erlaubt es Ihnen, Wurmlöcher für entfernte Raumfahrt). Tatsächlich geht es weit über das Erreichbare hinaus, eine Substanz mit möglichst negativer Masse zu erhalten moderne Wissenschaft und Technologien.

Rubidiumatome wurden gezwungen, sich in die Richtung zu bewegen, die dem Vektor der auf sie ausgeübten Kraft entgegengesetzt war. Die Medien interpretierten dies fälschlicherweise als die Schaffung einer Substanz mit einer "negativen Masse".

Die Autoren der Arbeit verlangsamten Rubidiumatome mit einem Laser (eine Verringerung der Geschwindigkeit eines Teilchens bedeutet seine Abkühlung). In der zweiten Kühlstufe durften die energiereichsten Atome das gekühlte Volumen verlassen. Das kühlte ihn noch mehr ab, so wie die Verdunstung von Kältemittelatomen den Inhalt eines Haushaltskühlschranks kühlt. In der dritten Stufe wurde ein anderer Lasersatz verwendet, dessen Pulse den Spin (vereinfacht die Drehrichtung um eigene Achse) Teile von Atomen.

Da einige Atome im gekühlten Volumen weiterhin einen normalen Spin hatten, während andere einen umgekehrten erhielten, nahm ihre Wechselwirkung untereinander einen ungewöhnlichen Charakter an. Bei normalem Verhalten würden kollidierende Rubidium-Atome auseinanderfliegen verschiedene Seiten. Die zentralen Atome würden die äußeren nach außen drücken und sie in Richtung der Krafteinwirkung (dem Bewegungsvektor des ersten Atoms) beschleunigen. Aufgrund der Inkonsistenz der Spins fliegen Rubidiumatome, die auf kleine Bruchteile eines Kelvins abgekühlt sind, nach Kollisionen in der Praxis nicht auseinander und verbleiben im ursprünglichen Volumen, das etwa einem Tausendstel Kubikmillimeter entspricht. Von außen sah es so aus, als würden sie gegen eine unsichtbare Wand stoßen.

Eine sehr entfernte Analogie für eine Gruppe von Atomen mit unterschiedlichen Spins - eine Kollision von zwei oder mehr Fußbälle, Seitenaufprall vor dem Rotieren um seine Achse in verschiedene Richtungen vorverdreht. Es ist klar, dass die Richtungen und Geschwindigkeiten ihrer Bewegung nach der Kollision erheblich von den gleichen Ergebnissen für gewöhnliche Kugeln abweichen werden. Das heißt aber nicht, dass sich die Bälle verändert haben körperliche Masse. Nur die Art ihrer Interaktion untereinander hat sich geändert. Auch im Experiment wurde die Masse der Atome nicht negativ. In einem Gravitationsfeld würden sie immer noch untergehen. Was sich wirklich änderte, war nur, wo sie sich nach Kollisionen mit anderen ähnlichen Atomen bewegten, aber in die andere Richtung um ihre Achse "rotierten".

Das Verhalten von Rubidiumatomen im Experiment entspricht der Definition der negativen effektiven Masse in der Physik. Es wird zum Beispiel verwendet, um das Verhalten eines Elektrons zu beschreiben Kristallgitter. Für ihn hängt die formale Masse von der Bewegungsrichtung relativ zu den Achsen des Kristalls ab. Wenn Sie sich in eine Richtung bewegen, zeigt es eine Varianz (Streuung), in der anderen - eine andere. Für sie wurde der Begriff der effektiven Masse eingeführt, weil sonst bei der formelmäßigen Beschreibung ihrer Streuung die Masse von der Energie abzuhängen beginnen würde, was für Berechnungen nicht sehr bequem ist. Ein Beispiel für eine negative effektive Masse ist das Verhalten von Löchern in Halbleitern, mit denen sich jeder Anwender moderner Elektronik auseinandersetzen muss.

Die meisten Medien, einschließlich der russischen, interpretierten das Experiment als die Schaffung einer Substanz mit einer negativen Masse. Theoretisch könnte Materie mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden, um Wurmlöcher funktionsfähig zu halten, wodurch Langstreckenreisen in Raum und Zeit in nahezu Nullzeit ermöglicht werden. Die praktische Möglichkeit, eine solche Substanz sowie die Wurmlöcher selbst herzustellen, wurde noch nicht bewiesen. Selbst wenn es möglich ist, ist es unrealistisch, es mit den modernen technischen Möglichkeiten der Menschheit zu erreichen.

BEI theoretische Physik, negative Masse ist das Konzept einer hypothetischen Substanz, deren Masse den entgegengesetzten Wert der Masse hat normale Sache(so wie eine elektrische Ladung positiv und negativ sein kann). Zum Beispiel -2 kg. Solche Materie würde, wenn sie existierte, gegen eine oder mehrere energetische Bedingungen verstoßen und einige seltsame Eigenschaften aufweisen. Nach einigen spekulativen Theorien kann Materie mit negativer Masse verwendet werden, um Wurmlöcher zu erzeugen ( Wurmlöcher) in der Raumzeit.

Klingt nach absoluter Fantasie, aber...

Zum ersten Mal in der Wissenschaftsgeschichte haben Physiker der University of Washington die Bedingungen rekonstruiert, unter denen Materie, eine bestimmte Art von Flüssigkeit, die Eigenschaften einer „negativen Masse“ aufweist. Das Verhalten dieser Flüssigkeit stimmt vollständig mit dem Konzept einer negativen Masse überein, wenn ein Kraftvektor darauf einwirkt, der in eine bestimmte Richtung wirkt, beginnt sich diese Flüssigkeit mit Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Ein solcher Effekt ist selbst im Labor schwer zu erzielen, „aber er kann verwendet werden, um einige bisher unerklärte astrophysikalische Phänomene zu untersuchen und zu erklären“, erklärt Michael Forbes, Professor für Physik und Astronomie an der University of Washington.

Aus hypothetischer Sicht kann Materie negative Masse haben, genauso wie elektrische Ladungen positive oder negative Polarität haben. Die Menschen denken sehr selten über diesen Aspekt nach, weil sich in der Welt um uns herum nur die "positive" Seite der Masse manifestiert. Wenn Sie nach dem zweiten Newtonschen Gesetz eine konstante Kraft auf ein Objekt ausüben, bewegt es sich mit konstante Beschleunigung in Richtung dieser Kraft.

„Auf der Grundlage des zweiten Newtonschen Gesetzes funktioniert fast alles, was wir um uns herum sehen“, sagt Michael Forbes, „Aber Materie mit negativer Masse reagiert auf die auf sie ausgeübte Kraft absolut entgegengesetzt, sie beginnt sich in die Richtung zu bewegen der darauf ausgeübten Kraft.“


Abbildung 1. Anisotrope Expansion eines Bose-Einstein-Kondensats mit verschiedene Koeffizienten Adhäsionskräfte. Echte Ergebnisse Experimente sind rot, Vorhersageergebnisse in der Simulation sind schwarz

Das untere Diagramm ist ein vergrößerter Ausschnitt des mittleren Rahmens in der unteren Reihe von Abbildung 1. Das untere Diagramm zeigt eine 1D-Simulation der Gesamtdichte über der Zeit in dem Bereich, in dem die dynamische Instabilität erstmals auftrat.

Das sogenannte Bose-Einstein-Kondensat, eine fast auf Temperatur abgekühlte Wolke aus Rubidiumatomen Absoluter Nullpunkt. Unter solchen Bedingungen hört die thermische Bewegung von Partikeln praktisch auf und dank der Spitze der Gesetze Quantenmechanik, erwirbt diese Atomwolke Wellenfunktion und verhält sich wie ein großes festes Atom. Darüber hinaus hat das Bose-Einstein-Kondensat aufgrund der synchronen Bewegung von Atomen die Eigenschaften eines Superfluids, einer superfluiden Flüssigkeit, deren Viskositätskoeffizient ist Null.

Mit Hilfe von Laserlicht mit bestimmten Parametern verlangsamten die Wissenschaftler Rubidiumatome fast bis zum vollständigen Stillstand, und die "heißen" Atome, die nicht verlangsamt werden konnten, wurden mit demselben Laserlicht aus dem Fallenraum vertrieben. Die Falle, in die das Bose-Einstein-Kondensat "getrieben" wurde, hatte eine Kugelform und eine Größe von nur 100 Mikrometern. Zu diesem Zeitpunkt hatte das Kondensat noch die übliche "positive" Masse, aber die absichtliche Verletzung der Integrität der Falle führte zu einer Verletzung der idealen Kugelform des Kondensats, und Rubidiumatome stürmten aus der Falle.

Und in diesem Moment begann das Interessanteste. Die Wissenschaftler verwendeten eine Reihe zusätzlicher Laser, die die Rotationsrichtung der Rubidium-Atome änderten. Und nach einer solchen "Behandlung" erhielt das Kondensatsuperfluid die Eigenschaften einer negativen Masse. „Sobald die Atome die Grenze des Massenübergangs vom positiven zum negativen Bereich erreichen, beschleunigen sie stark hinein umgekehrte Richtung"- sagt Michael Forbes, - "Es ist, als würden Rubidium-Atome von einer unsichtbaren Wand reflektiert."

Die obige Technik zum Erhalten von Materie mit einer "negativen" Masse ermöglichte es den Wissenschaftlern, einige der Probleme und Probleme zu vermeiden, denen Wissenschaftler bei früheren ähnlichen Versuchen begegneten. „Dank der vollständigen und präzisen Kontrolle aller Parameter des Experiments konnten wir die Bedingungen nachstellen, unter denen eine klare Grenze der „Umpolung“ der Masse der Materie im Experimentgebiet auftritt“, sagt Michael Forbes „Etwas Ähnliches kann in den Tiefen exotischer astronomischer Objekte wie Neutronensternen, Schwarzen Löchern und dichten Haufen auftreten Dunkle Materie. Jetzt haben wir die Möglichkeit, im Labor fundamentale Phänomene zu experimentieren und zu simulieren, die nur ganz spezifisch auftreten Umgebung die obigen Weltraumobjekte"

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Aber uns wird bereits versprochen, dass die selbstfließende Flüssigkeit bald von selbst in die Wasserhähne fließen wird, und jetzt haben wir das sechste Aussterben. Vor nicht allzu langer Zeit wurde ein künstliches Gehirn gezüchtet und erstmals Organe erfolgreich eingefroren und aufgetaut.

Gerettet

Hypothetisches Wurmloch in der Raumzeit

Im Labor der University of Washington wurden Bedingungen für die Bildung eines Bose-Einstein-Kondensats in einem Volumen von weniger als 0,001 mm³ geschaffen. Die Partikel wurden von einem Laser abgebremst und warteten darauf, dass die energiereichsten von ihnen das Volumen verließen, was das Material weiter abkühlte. Zu diesem Zeitpunkt hatte das überkritische Fluid noch eine positive Masse. Bei einem Leck im Gefäß würden die Rubidiumatome in unterschiedliche Richtungen streuen, da die zentralen Atome die äußersten Atome nach außen drücken würden und diese in Richtung der Krafteinwirkung beschleunigen würden.

Um eine negative effektive Masse zu erzeugen, verwendeten Physiker einen anderen Satz von Lasern, die den Spin einiger Atome veränderten. Wie die Simulation vorhersagt, sollten die Partikel in einigen Bereichen des Behälters eine negative Masse annehmen. Deutlich wird dies am starken Anstieg der Materiedichte als Funktion der Zeit in den Simulationen (im unteren Diagramm).


Abbildung 1. Anisotrope Expansion eines Bose-Einstein-Kondensats mit unterschiedlichen Kohäsionskraftkoeffizienten. Die realen Ergebnisse des Experiments sind rot, die Ergebnisse der Vorhersage in der Simulation sind schwarz

Das untere Diagramm ist ein vergrößerter Ausschnitt des mittleren Rahmens in der unteren Reihe von Abbildung 1.

Das untere Diagramm zeigt eine 1D-Simulation der Gesamtdichte über der Zeit in dem Bereich, in dem die dynamische Instabilität zuerst auftrat. Gepunktete Linien trennen drei Atomgruppen mit Geschwindigkeiten beim Quasi-Impuls , wo die effektive Masse negativ zu werden beginnt (obere Linie). Der Punkt der minimalen negativen effektiven Masse wird angezeigt (Mitte) und der Punkt, an dem die Masse zu positiven Werten zurückkehrt (untere Linie). Die roten Punkte markieren die Stellen, an denen der lokale Quasi-Impuls im Bereich der negativen effektiven Masse liegt.

Die allererste Reihe von Grafiken zeigt dies während Physikalisches Experiment die Materie verhielt sich exakt entsprechend den Ergebnissen der Simulation, die das Auftreten von Teilchen mit negativer effektiver Masse vorhersagt.

In einem Bose-Einstein-Kondensat verhalten sich Teilchen wie Wellen und breiten sich daher in eine andere Richtung aus, als sich normale Teilchen mit positiver effektiver Masse ausbreiten sollten.

Fairerweise muss gesagt werden, dass Physiker wiederholt Ergebnisse während Experimenten aufgezeichnet haben, als sich die Eigenschaften von Materie mit negativer Masse manifestierten, aber diese Experimente konnten auf unterschiedliche Weise interpretiert werden. Jetzt ist die Ungewissheit weitgehend beseitigt.

Wissenschaftlicher Artikel veröffentlicht am 10. April 2017 in der Zeitschrift Briefe zur körperlichen Überprüfung(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, im Abonnement erhältlich). Eine Kopie des Artikels vor dem Senden an die Zeitschrift wurde am 13. Dezember 2016 unter veröffentlicht den freien Zugang auf arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Es wird empfohlen, mit einer Auflösung von 1280 x 800 anzusehen


"Technik-Jugend", 1990, Nr. 10, p. 16-18.

Gescannt von Igor Stepikin

Tribüne der kühnen Hypothesen

Ponkrat BORISOV, Ingenieur
Negative Masse: Freier Flug in die Unendlichkeit

  • Artikel zu diesem Thema erscheinen seit mehr als 30 Jahren von Zeit zu Zeit in ausländischen und sowjetischen Physikzeitschriften. Aber seltsamerweise scheinen sie immer noch nicht die Aufmerksamkeit der Popularisierer auf sich gezogen zu haben. Aber das Problem der negativen Masse, und sogar in streng wissenschaftliche Einstellung- ein tolles Geschenk für Liebhaber der Paradoxien der modernen Physik und Science-Fiction-Autoren. Aber so ist das Eigentum spezielle Literatur: die Sensation darin kann jahrzehntelang verborgen bleiben ...
  • So, wir redenüber eine hypothetische Form von Materie, deren Masse im Vorzeichen der gewöhnlichen entgegengesetzt ist. Da stellt sich sofort die Frage: Was bedeutet das eigentlich? Und es wird sofort klar: Es ist gar nicht so einfach, den Begriff der negativen Masse richtig zu definieren.
  • Zweifellos muss es die Eigenschaft der Gravitationsabstoßung haben. Doch es stellt sich heraus, dass dies allein nicht ausreicht. In der modernen Physik werden vier Arten von Massen streng unterschieden:
  • gravitationsaktiv - derjenige, der anzieht (wenn er natürlich positiv ist);
  • Gravitationspassiv - derjenige, der angezogen wird;
  • träge, die unter Einwirkung einer angelegten Kraft eine bestimmte Beschleunigung erhält (a \u003d F / m);
  • schließlich Einsteins Ruhemasse, die die Gesamtenergie des Körpers festlegt (E = mC 2).
  • Im Rahmen allgemein akzeptierter Theorien sind sie alle gleich groß. Aber es ist notwendig, zwischen ihnen zu unterscheiden, und das wird gerade klar, wenn man versucht, die negative Masse zu bestimmen. Tatsache ist, dass es dem üblichen nur dann völlig entgegengesetzt ist, wenn alle vier seiner Typen negativ werden.
  • Basierend auf diesem Ansatz wurde im allerersten Artikel zu diesem Thema, der bereits 1957 veröffentlicht wurde, Englischer Physiker X. Bondy hat die grundlegenden Eigenschaften von "Minusmasse" durch strenge Beweise bestimmt.
  • Es mag nicht einmal sehr schwierig sein, sie hier zu wiederholen, weil sie nur auf der Newtonschen Mechanik beruhen. Aber das wird unsere Geschichte unübersichtlich machen, und dann gibt es eine Menge physikalischer und mathematischer "Feinheiten". Kommen wir daher direkt zu den Ergebnissen, zumal diese recht eindeutig sind.
  • Erstens muss „Minus-Materie“ alle anderen Körper, also nicht nur mit negativer, sondern auch mit positiver Masse, gravitativ abstoßen (während gewöhnliche Materie dagegen immer Materie beider Arten anzieht). Außerdem muss es sich unter der Wirkung einer Kraft bis hin zur Trägheitskraft in die Richtung bewegen entgegengesetzter Vektor diese Stärke. Und schließlich muss auch seine gesamte Einstein-Energie negativ sein.
  • Daher sollte übrigens betont werden, dass unsere erstaunliche Angelegenheit- keine Antimaterie, deren Masse immer noch als positiv angesehen wird. Zum Beispiel durch moderne Ideen, „Anti-Erde“ aus Antimaterie würde die Sonne in genau der gleichen Umlaufbahn umkreisen wie unser Heimatplanet.
  • All dies ist fast offensichtlich. Doch dann beginnt das Unglaubliche.
  • Nehmen wir die gleiche Schwerkraft. Wenn zwei gewöhnliche Körper einander anziehen und sich nähern und zwei Antimassen einander abstoßen und zerstreuen, was passiert dann während der gravitativen Wechselwirkung von Massen unterschiedlicher Vorzeichen?
  • Kümmer dich nicht darum einfachster Fall: ein Körper (sagen wir ein Ball) aus Materie mit einer negativen Masse -M befindet sich hinter einem Objekt (nennen wir es eine "Rakete" - jetzt werden wir herausfinden warum) mit einer gleichen positiven Masse +M. Es ist klar, dass das Gravitationsfeld des Balls die Rakete abstößt, während es selbst den Ball anzieht. Aber daraus folgt (das ist wiederum streng bewiesen), dass sich das ganze System entlang einer geraden Linie bewegen wird, die die Mittelpunkte zweier Massen verbindet, mit einer konstanten Beschleunigung, die proportional zur Stärke der gravitativen Wechselwirkung zwischen ihnen ist!
  • Natürlich „beweist“ dieses Bild der spontanen, ursachenlosen Bewegung auf den ersten Blick nur eines: Antimasse mit den Eigenschaften, die wir ihr in der Definition von Anfang an zugeschrieben haben, kann es einfach nicht geben. Schließlich haben wir anscheinend eine ganze Reihe von Verstößen gegen die unveränderlichsten Gesetze erhalten.
  • Nun, wird hier nicht zum Beispiel das Gesetz der Impulserhaltung ganz offen verletzt? Beide Körper eilen grundlos in die gleiche Richtung, während sich nichts in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Aber denken Sie daran, dass eine der Massen negativ ist! Aber das bedeutet, dass sein Impuls, unabhängig von der Geschwindigkeit, ein Minuszeichen hat: (-M) V, und dann totaler Impuls Zwei-Körper-System ist immer noch Null!
  • Dasselbe gilt für die gesamte kinetische Energie des Systems. Während die Körper in Ruhe sind, ist sie gleich Null. Aber egal, wie schnell sie sich bewegen, es ändert sich nichts: Die negative Masse des Balls, in voller Übereinstimmung mit der Formel (-M)V 2 /2, akkumuliert negative kinetische Energie, die die Zunahme genau kompensiert positive Energie Raketen.
  • Wenn das alles absurd erscheint, werden wir vielleicht „einen Keil mit einem Keil ausschlagen“ - versuchen wir, eine Absurdität mit einer anderen zu bestätigen? Seit der sechsten Klasse wissen wir, dass der Mittelpunkt gleicher (natürlich positiver) Punktmassen in der Mitte zwischen ihnen liegt. Also - wie würde Ihnen die folgende Ausgabe gefallen? Der Mittelpunkt gleicher Punktmassen unterschiedlichen Vorzeichens liegt zwar auf einer durch sie hindurchgehenden Geraden, aber nicht innerhalb, sondern AUSSERHALB der sie verbindenden Strecke, im Punkt ±Ґ ?!
  • Nun, ist es einfacher?
  • Übrigens ist diese Schlussfolgerung bereits ziemlich elementar, und jeder kann sie wiederholen, wenn er möchte, und Physik auf dem Niveau derselben sechsten Klasse besitzen.
  • Wer an kein Wort glaubt und sich vergewissern möchte, dass alle Berechnungen stimmen, kann sich an eines wenden neueste Veröffentlichungen zu diesem Thema - Artikel US-amerikanischer Physiker R. Forward "Raketentriebwerk über die Substanz negativer Masse", veröffentlicht in der übersetzten Zeitschrift " Raumfahrttechnik» Nr. 4 für 1990.
  • Aber vielleicht denkt der anspruchsvolle Leser, dass er auch ohne Berechnung verstanden hat, wo ihm die "Linde" zugesteckt wurde? In der Tat: Bei all diesen eleganten Argumenten wird die Frage totgeschwiegen: Woher kommt eine so wunderbare Masse? Schließlich wird es unabhängig von seiner Herkunft Energie benötigen, um es zu „extrahieren“, zu „herstellen“ oder, sagen wir, an den Ort des Geschehens zu liefern, was bedeutet ...
  • Ach, anspruchsvoller Leser! Energie wird natürlich benötigt, aber wieder negativ. Da ist nichts zu machen: In Einsteins Formel für die Gesamtenergie des Körpers E = Ms 2 hat unsere wunderbare Masse das gleiche Minuszeichen. Das bedeutet, dass die „Herstellung“ eines Körperpaares mit GLEICHEN Massen UNTERSCHIEDLICHER Zeichen NULL Gesamtenergie erfordert. Gleiches gilt für die Zustellung und für sonstige Manipulationen.
  • Nein - so paradox all diese Ergebnisse auch sein mögen, strenge Schlussfolgerungen besagen, dass das Vorhandensein von Antimasse nicht nur der Newtonschen Mechanik widerspricht, sondern auch Allgemeine Theorie Relativität. Es konnten keine logischen Existenzverbote gefunden werden.
  • Naja - wenn die Theorie es "zulässt", dann überlegen wir uns zum Beispiel - was wann passieren kann Physischer Kontakt zwei identische Materieteilchen mit Plus- und Minusmasse? Bei "normaler" Antimaterie ist alles klar: Die Vernichtung erfolgt mit der Freisetzung der Gesamtenergie beider Körper. Aber wenn eine der beiden gleichen Massen negativ ist, dann ist ihre Gesamtenergie, wie wir gerade verstanden haben, Null. Aber WAS wird in Wirklichkeit mit ihnen passieren – das ist schon eine Frage, die über die Theorie hinausgeht.
  • Das Ergebnis eines solchen Ereignisses kann nur bekannt sein empirisch. Es ist unmöglich, es zu „berechnen“ - schließlich haben wir keine Ahnung vom „Wirkmechanismus“ der negativen Masse, ihrem „ interne Anordnung“(wie wir das aber bei der Masse des Üblichen nicht wissen). Theoretisch ist eines klar: In jedem Fall bleibt die Gesamtenergie des Systems Null. Wir haben das Recht, nur eine HYPOTHESE aufzustellen, wie es derselbe Forward tut. Nach seiner Vermutung körperliche Interaktion hier kommt es nicht zur Vernichtung, sondern zur sogenannten „Nullifikation“, also der „stillen“ gegenseitigen Vernichtung der Teilchen, ihrem Verschwinden ohne Energiefreisetzung.
  • Aber, wir wiederholen, nur ein Experiment könnte diese Hypothese bestätigen oder widerlegen.
  • Aus den gleichen Gründen wissen wir nichts darüber, wie man eine negative Masse "macht" (wenn überhaupt möglich). Die Theorie besagt nur, dass zwei gleiche Massen entgegengesetztem Vorzeichen sie können im Prinzip ohne Energiekosten entstehen. Und sobald ein solches Körperpaar auftaucht, fliegt es beschleunigend in gerader Linie ins Unendliche ...
  • R. Forward hat in seinem Artikel bereits einen Motor mit negativer Masse „entworfen“, der uns mit jeder von uns eingestellten Beschleunigung an jeden Punkt im Universum bringen kann. Es stellt sich heraus, dass dazu nur ... ein Paar gute Federn benötigt werden (alle Wechselwirkungen der "Minus-Masse" mit der üblichen durch elastische Kräfte werden natürlich auch detailliert berechnet).
  • Platzieren wir also unsere wunderbare Masse, die so groß ist wie die Masse der Rakete, in der Mitte ihres "Motorraums". Wenn Sie vorwärts fliegen müssen, spannen Sie die Feder von der Rückwand und haken Sie ihren Körper mit negativer Masse ein. Sofort wegen ihrer "perversen" Trägheitseigenschaften es rast nicht dorthin, wo es gezogen wird, sondern in die genau entgegengesetzte Richtung und reißt die Rakete mit einer Beschleunigung mit, die proportional zur Kraft der Federspannung ist.
  • Um die Beschleunigung zu stoppen, genügt es, die Feder auszuhaken. Und um das Schiff zu verlangsamen und anzuhalten, müssen Sie eine zweite Feder verwenden, die an der Vorderwand des Motorraums befestigt ist.
  • Und doch gibt es eine teilweise Widerlegung des „freien Motors“! Es stimmt, es kommt von einer völlig unerwarteten Seite. Aber dazu am Ende mehr.
  • Lassen Sie uns in der Zwischenzeit nach Orten suchen, an denen große Mengen an negativer Masse vorhanden sein könnten. Solche Orte werden durch die riesigen Hohlräume nahegelegt, die auf großformatigen dreidimensionalen Karten der Verteilung von Galaxien im Universum gefunden werden – Phänomene, die an sich höchst interessant sind. Wie aus Abb. 2, die Abmessungen dieser Hohlräume, die auch einfach "Blasen" genannt werden, betragen etwa 100 Millionen Lichtjahre (während die Abmessungen unserer Galaxie etwa 0,06 Millionen Lichtjahre betragen). Somit hat das Universum im größten Maßstab eine "schaumige" Struktur.
  • Die Grenzen der Blasen sind deutlich durch Cluster markiert eine große Anzahl Galaxien. Es gibt praktisch keine Blasen im Inneren, und wenn sie dort gefunden werden, handelt es sich um sehr ungewöhnliche Objekte. Sie zeichnen sich durch die Spektren starker Hochfrequenzstrahlung aus. Es wird nun angenommen, dass die Blasen "ausgefallene" Galaxien oder Gaswolken aus gewöhnlichem Wasserstoff enthalten.
  • Aber kann man annehmen, dass die "schaumige" Struktur des Universums das Ergebnis seiner Bildung aus der gleichen Anzahl von Teilchen mit negativer und positiver Masse ist? Übrigens folgt aus einer solchen Erklärung eine sehr reizvolle Konsequenz: Die Gesamtmasse des Universums war und bleibt immer gleich Null. Dann sind die Blasen natürliche Orte für Minus-Masse, deren Teilchen dazu neigen, möglichst weit voneinander zu dispergieren. Und die positive Masse wird an die Oberfläche der Blasen gedrückt, wo sie unter dem Einfluss der Schwerkraft Galaxien und Sterne bildet. Hier können wir uns an den Artikel von A. A. Baranov erinnern, der bereits 1971 in Nr. 11 der Zeitschrift Izvestia Vuzov erschien. Physik". Es wird überlegt Kosmologisches Modell Universum mit Teilchen mit Massen beider Vorzeichen. Unter Verwendung dieses Modells erklärt der Autor die experimentellen Schätzungen der kosmologischen Konstante und der Hubble-Rotverschiebung sowie einige anomale Phänomene in wechselwirkenden Galaxien beobachtet.
  • Noch eins mögliches Zeichen große Mengen negative Masse - das Vorhandensein sehr schneller "Ströme" in großräumigen Strukturen des Universums. Somit "fließt" der Superhaufen, der unsere Galaxie enthält, mit einer Geschwindigkeit von 600 km/s relativ zum Hintergrund in Ruhe. Relikte Strahlung. Eine solche Geschwindigkeit passt nicht in den Rahmen von Theorien zur Entstehung von Galaxien aus kalter dunkler Materie. R. Forward schlägt vor, dieses Phänomen unter Berücksichtigung der kollektiven Abstoßung von Superhaufen von Blasen mit negativer Masse zu erklären.
  • Negative Materie kann also nur streuen. Aber es stellt sich heraus, dass dies die teilweise Widerlegung vieler der diskutierten Schlussfolgerungen ist. Schließlich führt die Eigenschaft der gravitativen Abstoßung von Materieteilchen, gleich welcher Art, zwangsläufig dazu, dass diese Teilchen unter dem Einfluss von Gravitationskräften nicht zusammenkommen können. Da sich ein Teilchen mit negativer Masse unter dem Einfluss einer Kraft in die entgegengesetzte Richtung zum Vektor dieser Kraft bewegt, können gewöhnliche interatomare Wechselwirkungen solche Teilchen nicht zu „normalen“ Körpern binden.
  • Aber wir hoffen, dass der Leser dennoch Freude an all diesen Argumenten hatte ...

    • ), auch wenn diese Materialien erstellt und relativ gut untersucht werden.

    Dies kann auch als Material bezeichnet werden, das aus einigen Arten exotischer Atome hergestellt wurde, bei denen die Rolle des Kerns (positiv geladenes Teilchen) von einem Positron (Positronium) oder einem positiven Myon (Myonium) übernommen wird. Es gibt auch Atome mit einem negativen Myon anstelle eines der Elektronen (das myonische Atom).

    negative Masse

    Es ist ersichtlich, dass ein Objekt mit einer negativen Trägheitsmasse in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt, in die es geschoben wurde, was seltsam erscheinen mag.

    Wenn wir die träge Masse, die passive schwere Masse und die aktive schwere Masse getrennt untersuchen, nimmt das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation die folgende Form an:

    Somit werden Objekte mit negativer Gravitationsmasse (sowohl passiv als auch aktiv), aber mit positiver Trägheitsmasse, von positiven aktiven Massen abgestoßen und von negativen aktiven Massen angezogen.

    Vorwärtsanalyse

    Obwohl Teilchen mit negativer Masse unbekannt sind, haben Physiker (ursprünglich G. Bondi und Robert L. Forward (Englisch) Russisch ) konnten einige der erwarteten Eigenschaften solcher Partikel beschreiben. Unter der Annahme, dass alle drei Arten von Massen gleich sind, ist es möglich, ein System zu konstruieren, bei dem negative Massen von positiven Massen angezogen werden, während positive Massen von negativen Massen abgestoßen werden. Gleichzeitig erzeugen negative Massen eine Anziehungskraft zueinander, werden aber aufgrund ihrer negativen Trägheitsmassen abgestoßen.

    Bei negativer Wert und positiver Wert, wird die Kraft negativ (abstoßend). Auf den ersten Blick sieht es so aus, als würde die negative Masse von der positiven Masse weg beschleunigen, aber da ein solches Objekt auch eine negative Trägheitsmasse hätte, würde es in die entgegengesetzte Richtung beschleunigen. Darüber hinaus zeigte Bondy, dass, wenn beide Massen gleich sind, in absoluter Wert, unterscheiden sich dann aber im Vorzeichen allgemeines System Positive und negative Teilchen werden ohne zusätzliche Einwirkung auf das System von außen unendlich beschleunigt.

    Dieses Verhalten ist insofern seltsam, als es völlig unvereinbar mit unserer Vorstellung von " gewöhnliches Universum von der Arbeit mit positiven Massen. Aber es ist vollkommen mathematisch konsistent und führt keine Widersprüche ein.

    Es mag den Anschein haben, dass eine solche Darstellung gegen das Erhaltungsgesetz von Impuls und / oder Energie verstößt, aber wir haben, dass die Massen im absoluten Wert gleich sind, eine positiv und die andere negativ ist, was bedeutet, dass der Impuls des Systems null ist, wenn Sie bewegen sich beide zusammen und beschleunigen zusammen, unabhängig von der Geschwindigkeit:

    Und die gleiche Gleichung kann für kinetische Energie berechnet werden:

    Forward erweiterte Bondis Forschung auf weitere Fälle und zeigte, dass selbst wenn zwei Massen und nicht den gleichen absoluten Wert haben, die Gleichungen immer noch konsistent bleiben.

    Einige Eigenschaften, die durch diese Annahmen eingeführt werden, sehen ungewöhnlich aus, zum Beispiel in einer Mischung aus Gas aus positiver Materie und Gas aus negative Angelegenheit der positive Teil erhöht seine Temperatur auf unbestimmte Zeit. Allerdings in so einem Fall negativer Teil Mischung wird mit der gleichen Geschwindigkeit gekühlt, wodurch das Gleichgewicht ausgeglichen wird. Geoffrey A. Landis (Englisch) Russisch bemerkte andere Anwendungen von Forwards Analyse, einschließlich Hinweise darauf, dass Teilchen mit negativer Masse sich zwar gravitativ abstoßen, aber elektrische Kräfte Beispielsweise ziehen sich Ladungen an (im Gegensatz zu Teilchen mit positiver Masse, bei denen sich solche Teilchen abstoßen). Im Ergebnis bedeutet dies für Teilchen mit negativer Masse, dass sich die Gravitations- und elektrostatischen Kräfte umkehren.

    Forward schlug ein Design für den Motor vor Raumschiffe unter Verwendung einer negativen Masse, die keinen Energiezufluss und kein Arbeitsfluid erfordert, um eine beliebig große Beschleunigung zu erhalten, obwohl das Haupthindernis natürlich darin besteht, dass die negative Masse völlig hypothetisch bleibt. Siehe diametraler Antrieb.

    Forward prägte auch den Begriff „Nullifikation“, um zu beschreiben, was passiert, wenn normale und negative Materie aufeinander treffen. Es wird erwartet, dass sie die Existenz des anderen gegenseitig vernichten oder „annullieren“ können, und danach wird keine Energie mehr übrig sein. Es ist jedoch leicht zu zeigen, dass ein gewisses Momentum bleiben kann (es wird nicht bleiben, wenn sie sich wie oben beschrieben in die gleiche Richtung bewegen, aber sie müssen sich aufeinander zu bewegen, um sich zu treffen und gegenseitig aufzuheben). Dies kann wiederum erklären, warum Gleiche Beträge gewöhnliche und negative Materie erscheinen nicht plötzlich aus dem Nichts (das Gegenteil von Annullierung): In diesem Fall wird der Impuls von jeder von ihnen nicht erhalten bleiben.

    Exotische Materie in der Allgemeinen Relativitätstheorie

    In welche Richtung fällt Antimaterie?

    Hauptartikel: Gravitationswechselwirkung von Antimaterie

    Mehrheitlich moderne Physiker glaubt, dass Antimaterie eine positive Gravitationsmasse hat und wie gewöhnliche Materie herunterfallen sollte. Gleichzeitig glauben jedoch einige Forscher, dass es bisher keine Überzeugungskraft gibt Experimentelle Beweise dieser Fakt. Das liegt an der Schwierigkeit direkte Forschung Gravitationskräfte auf Partikelebene. Bei solch geringen Abständen haben elektrische Kräfte Vorrang vor einer viel schwächeren Gravitationswechselwirkung. Darüber hinaus müssen Antiteilchen von ihren konventionellen Gegenstücken getrennt gehalten werden, sonst vernichten sie sich schnell. Das macht es natürlich schwierig direkte Messung passiv Gravitationsmasse Antimaterie. Experimente an Antimaterie ATHENA ATHENE ) und ATRAP (engl. EINE FALLE ) könnte bald Antworten liefern.

    Die Antworten für die träge Masse sind jedoch seit langem aus Experimenten mit einer Blasenkammer bekannt. Sie zeigen überzeugend, dass Antiteilchen eine positive träge Masse haben, gleich der Masse"normale" Teilchen, aber die entgegengesetzte elektrische Ladung. Bei diesen Experimenten wird die Kammer konstant ausgesetzt Magnetfeld, wodurch sich die Teilchen spiralförmig bewegen. Radius und Richtung dieser Bewegung entsprechen der Übersetzung elektrische Ladung zur trägen Masse. Teilchen-Antiteilchen-Paare bewegen sich entlang spiralförmiger Linien hinein gegenläufige Richtungen, aber mit den gleichen Radien. Aus dieser Beobachtung wird geschlossen, dass sich ihre Verhältnisse von elektrischer Ladung zu träger Masse nur im Vorzeichen unterscheiden.

    Anmerkungen

    Hauptabschnitte
    Allgemeine (physikalische) Akustik Geometrische Akustik Psychoakustik Bioakustik Elektroakustik Hydroakustik Ultraschallakustik Quantenakustik (Akustoelektronik) Akustische Phonetik (Sprachakustik)
    Angewandte Akustik Bauakustik (Bauakustik) Aeroakustik Musikalische Akustik Verkehrsakustik Medizinische Akustik Digitale Akustik
    Verwandte Richtungen Akusto-Optik

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