Physiker der University of Washington haben eine Flüssigkeit mit geschaffen negative Masse. Drücken Sie es, und im Gegensatz zu allen physischen Objekten auf der Welt, die wir kennen, beschleunigt es nicht in die Richtung des Stoßes. Sie beschleunigt hinein Rückseite. Dieses Phänomen wird selten im Labor erzeugt und kann verwendet werden, um einige der komplexeren Konzepte über den Kosmos zu erforschen, sagt Michael Forbes, außerordentlicher Professor, Physiker und Astronom an der University of Washington. Die Studie erschien in Physical Review Letters.
Hypothetisch kann Materie im gleichen Sinne eine negative Masse haben elektrische Ladung kann sowohl negativ als auch positiv sein. Die Menschen denken selten darüber nach, und unsere Alltagswelt zeigt nur die positiven Aspekte von Isaac Newtons zweitem Bewegungsgesetz, wonach die auf einen Körper wirkende Kraft gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der durch diese Kraft ausgeübten Beschleunigung ist , oder F = ma.
Mit anderen Worten, wenn Sie ein Objekt schieben, beschleunigt es in die Richtung Ihres Stoßes. Die Masse beschleunigt ihn in Richtung der Kraft.
„Wir sind an diesen Zustand gewöhnt“, sagt Forbes und rechnet mit einer Überraschung. "Wenn Sie bei negativer Masse etwas schieben, wird es auf Sie zu beschleunigen."
Bedingungen für negative Masse
Zusammen mit Kollegen schuf er die Voraussetzungen für negative Masse, indem er Rubidiumatome auf einen Zustand von fast abkühlte Absoluter Nullpunkt und erzeugt so ein Bose-Einstein-Kondensat. In diesem von Shatyendranath Bose und Albert Einstein vorhergesagten Zustand bewegen sich Teilchen sehr langsam und folgen den Prinzipien Quantenmechanik verhalten sich wie Wellen. Sie synchronisieren sich auch und bewegen sich gemeinsam als Superfluid, das ohne Energieverlust fließt.
Unter der Leitung von Peter Engels, Professor für Physik und Astronomie an der University of Washington, schufen Wissenschaftler im sechsten Stock der Webster Hall diese Bedingungen, indem sie Laser verwendeten, um Partikel zu verlangsamen, sie kühler zu machen und heiße, hochenergetische Partikel wie austreten zu lassen Dampf, wodurch das Material noch weiter gekühlt wird.
Die Laser fingen die Atome ein, als befänden sie sich in einer Schüssel von weniger als hundert Mikrometern Größe. Zu diesem Zeitpunkt hatte das superflüssige Rubidium die übliche Masse. Der Bruch der Schale ließ das Rubidium entweichen und expandierte, als das Rubidium in der Mitte nach außen gedrückt wurde.
Um die negative Masse zu erzeugen, verwendeten die Wissenschaftler einen zweiten Satz Laser, der die Atome hin und her schob und so ihren Spin änderte. Wenn das Rubidium jetzt schnell genug aufgebraucht ist, verhält es sich so, als hätte es eine negative Masse. "Drücken Sie es und es wird hineinbeschleunigen umgekehrte Richtung sagt Forbes. "Es ist, als ob Rubidium gegen eine unsichtbare Wand stößt."
Beseitigung größerer Mängel
Die Methode, die von den Wissenschaftlern der University of Washington verwendet wurde, vermied einige der Hauptfehler, die bei früheren Versuchen gefunden wurden, negative Masse zu verstehen.
„Das erste, was uns klar wurde, war, dass wir die Natur dieser negativen Masse ohne weitere Komplikationen genau kontrollieren können“, sagt Forbes. Ihre Studie erklärt bereits aus der Position der negativen Masse ein ähnliches Verhalten in anderen Systemen. Erhöhte Kontrolle gibt Forschern neues Werkzeug Experimente zu entwickeln, um ähnliche Physik in der Astrophysik am Beispiel zu studieren Neutronensterne, und kosmologische Phänomene wie Schwarze Löcher und Dunkle Energie, bei denen Experimente einfach nicht möglich sind.
Hypothetisches Wurmloch in der Raumzeit
BEIM theoretische Physik, ist der Begriff 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. Eine solche Substanz, wenn sie existierte, würde einen oder mehrere stören und einige zeigen seltsame Eigenschaften. Nach einigen spekulativen Theorien kann Materie mit negativer Masse verwendet werden, um ( Wurmlöcher) in der Raumzeit.
Klingt wie absolute Fiktion, aber jetzt eine Gruppe von Physikern der University of Washington, der University of Washington, der OIST University (Okinawa, Japan) und Universität Shanghai, das einige der Eigenschaften eines hypothetischen Materials mit negativer Masse aufweist. Wenn Sie zum Beispiel diesen Stoff schieben, beschleunigt er nicht in Richtung der Krafteinwirkung, sondern in die entgegengesetzte Richtung. Das heißt, es beschleunigt in die entgegengesetzte Richtung.
Um eine Substanz mit negativen Masseneigenschaften herzustellen, stellten Wissenschaftler ein Bose-Einstein-Kondensat her, indem sie Rubidiumatome auf fast den absoluten Nullpunkt abkühlten. In diesem Zustand bewegen sich die Teilchen extrem langsam und Quanteneffekte beginnen auf makroskopischer Ebene zu erscheinen. Das heißt, gemäß den Prinzipien der Quantenmechanik beginnen sich Teilchen wie Wellen zu verhalten. Beispielsweise sind sie miteinander synchronisiert und fließen reibungsfrei, also ohne Energieverlust, durch die Kapillaren – der Effekt der sogenannten Suprafluidität.
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. Wenn die Hermetik des Gefäßes verletzt würde, würden die Rubidiumatome hineinstreuen verschiedene Seiten, 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 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 zuerst auftrat. Gepunktete Linien trennen drei Atomgruppen mit Geschwindigkeiten
in einem Quasi-Moment
Wo ist die wirksame Masse
beginnt negativ zu werden (obere Linie). Dargestellt ist der Punkt der minimalen negativen effektiven Masse (Mitte) und der Punkt, zu dem die Masse zurückkehrt positive Werte(Endeffekt). 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 genau wie simuliert, was 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 während der Experimente immer wieder aufgezeichnet haben, aber diese Experimente konnten auf unterschiedliche Weise interpretiert werden. Jetzt ist die Ungewissheit weitgehend beseitigt.
Wissenschaftlicher Artikel vom 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 Einreichen bei der Zeitschrift am 13. Dezember 2016 unter den freien Zugang auf arXiv.org (arXiv:1612.04055).
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"Technik-Jugend", 1990, Nr. 10, p. 16-18.
Gescannt von Igor StepikinTribüne der kühnen Hypothesen
Ponkrat BORISOV, Ingenieur
Negative Masse: Freier Flug in die Unendlichkeit
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 Zeile). Die roten Punkte markieren die Stellen, an denen der lokale Quasi-Impuls im Bereich der negativen effektiven Masse liegt.
Die allererste Reihe von Diagrammen zeigt, dass sich die Materie während des Physikexperiments genau wie simuliert verhielt, was das Auftreten von Teilchen mit einer negativen effektiven 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 der Einreichung bei der Zeitschrift wurde am 13. Dezember 2016 gemeinfrei auf arXiv.org (arXiv:1612.04055) veröffentlicht.
Wissenschaftler aus den USA behaupten, im Labor eine Substanz mit negativer Masse hergestellt zu haben. Diese Substanz ist eine Flüssigkeit mit einem sehr ungewöhnliche Eigenschaften. Wenn Sie beispielsweise diese Flüssigkeit drücken, erhält sie eine negative Beschleunigung, dh rückwärts, nicht vorwärts. Eine solche Kuriosität könnte Wissenschaftlern zumindest viel darüber verraten, was im Inneren vor sich geht seltsame Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne.
Kann etwas jedoch negative Masse haben? Ist es möglich?
Theoretisch kann Materie eine negative Masse haben, genauso wie eine elektrische Ladung einen negativen oder positiven Wert haben kann.
Auf dem Papier funktioniert das, aber es gibt eine hitzige Debatte in der Welt der Wissenschaft darüber, ob die bloße Annahme der Existenz von etwas mit negativer Masse gegen die Grundgesetze der Physik verstößt. Für uns, gewöhnliche Menschen, scheint dieses Konzept zu kompliziert zu sein, um es zu verstehen.
Differentialgesetz mechanische Bewegung oder einfacher gesagt, das zweite Newtonsche Gesetz wird durch die Formel A=F/M ausgedrückt. Das heißt, die Beschleunigung eines Körpers ist gleich dem Verhältnis der auf ihn wirkenden Kraft zur Masse des Körpers. Wenn Sie einstellen negative Bedeutung Masse, dann erhält der Körper logischerweise eine negative Beschleunigung. Stellen Sie sich vor, Sie schlagen den Ball und er rollt auf Ihr Bein.
Was uns jedoch fremd erscheint, muss nicht unmöglich sein, und die obigen theoretischen Übungen sind der beste Weg, um zu beweisen, dass negative Masse in unserem Universum existieren kann, ohne die allgemeine Relativitätstheorie zu verletzen.
Der Wunsch, all dies zu verstehen, führte zu aktiven Versuchen von Forschern, die negative Masse im Labor nachzubilden, wie wir sehen, sogar mit einigem Erfolg.
Wissenschaftler der University of Washington sagten, es sei ihnen gelungen, eine Flüssigkeit zu erhalten, die sich genau so verhält, wie sich ein Körper mit negativer Masse verhalten sollte. Und ihre Entdeckung könnte schließlich genutzt werden, um einige zu studieren seltsame Phänomene in den Tiefen des Universums.
Um diese seltsame Flüssigkeit herzustellen, verwendeten Wissenschaftler Laser, um Rubidiumatome auf nahezu den absoluten Nullpunkt abzukühlen, wodurch ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat entstand.
In diesem Zustand bewegen sich die Teilchen unglaublich langsam und seltsam, folgen eher den seltsamen Prinzipien der Quantenmechanik klassische Physik, das heißt, sie fangen an, sich wie Wellen zu verhalten.
Die Partikel synchronisieren und bewegen sich auch im Einklang und bilden eine superflüssige Substanz, die sich bewegen kann, ohne Energie durch Reibung zu verlieren.
Wissenschaftler haben Laser verwendet, um ein Superfluid zu erzeugen niedrige Temperaturen, sowie um es in einem schalenförmigen Feld mit einem Durchmesser von weniger als 100 Mikrometern zu platzieren.
Solange die Supermaterie in diesem Raum platziert blieb, hatte sie eine gewöhnliche Masse und stimmte ziemlich mit dem Konzept eines Bose-Einstein-Kondensats überein. Bis er zum Umzug gezwungen wurde.
Mit einem zweiten Lasersatz zwangen die Wissenschaftler die Atome, sich hin und her zu bewegen, wodurch sich ihr Spin änderte und Rubidium, nachdem es die Barriere der "Schüssel" überwunden hatte, schnell herausspritzte. Allerdings so, als ob es eine negative Masse hätte. Laut Wissenschaftlern war der Eindruck so, dass die Flüssigkeit auf eine unsichtbare Barriere stolperte und von ihr abgestoßen wurde.
Damit bestätigten die Forscher die Annahmen über die Existenz negativer Masse, aber dies ist erst der Anfang der Reise. Es bleibt abzuwarten, ob das Fluidverhalten unter Laborbedingungen wiederholbar und zuverlässig genug ist, um einige Annahmen über negative Massen zu testen. Freuen Sie sich also nicht vorzeitig, andere Teams müssen die Ergebnisse selbst wiederholen.
Eines ist sicher, die Physik wird immer interessanter und es lohnt sich, sich dafür zu interessieren.
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