Washingtonin yliopiston (USA) tutkijat ovat saavuttaneet rubidiumatomeista negatiivisen tehomassan omaavan aineen käyttäytymisen. Tämä tarkoittaa, että nämä atomit eivät lentäneet tämän vaikutuksen vektorin suuntaan ulkoisen vaikutuksen alaisena. Kokeellisissa olosuhteissa he käyttäytyivät kuin törmäsivät näkymättömään seinään joka kerta, kun he lähestyivät alueen rajoja hyvin pienellä tilavuudella. Vastaava on julkaistu v Physical Review Letters. Media tulkitsi kokeen väärin "luomaan ainetta, jolla on negatiivinen massa" (teoriassa sen avulla voit luoda madonreikiä kaukaisille avaruusmatkailu). Itse asiassa negatiivisen massan omaavan aineen saaminen, jos mahdollista, on paljon enemmän kuin se on saavutettavissa moderni tiede ja teknologioita.

Rubidiumatomit pakotettiin liikkumaan vastakkaiseen suuntaan kuin niihin kohdistuvan voiman vektori. Media tulkitsi tämän väärin aineen luomiseksi, jolla on "negatiivinen massa"

Teoksen tekijät hidastivat rubidiumatomeja laserilla (hiukkasen nopeuden lasku tarkoittaa sen jäähtymistä). Jäähdytyksen toisessa vaiheessa energisimpien atomien annettiin poistua jäähdytetystä tilavuudesta. Tämä jäähdytti häntä entisestään, sillä tapa, jolla kylmäaineatomien haihtuminen jäähdyttää kotitalouksien jääkaapin sisältöä. Kolmannessa vaiheessa käytettiin erilaista lasersarjaa, jonka pulssit muuttivat spiniä (yksinkertaistettuna pyörimissuuntaa oma akseli) atomien osat.

Koska joillakin jäähdytetyssä tilavuudessa olevilla atomeilla oli edelleen normaali pyöritys, kun taas toiset saivat käänteisen, niiden vuorovaikutus toistensa kanssa sai epätavallisen luonteen. Normaalissa käyttäytymisessä törmäävät rubidiumatomit lentävät erilleen eri puolia. Keskiatomit työntäisivät ulompia ulospäin kiihdyttäen niitä voiman kohdistamisen suuntaan (ensimmäisen atomin liikevektori). Spinien epäjohdonmukaisuuden vuoksi käytännössä pieneen kelvinin murto-osaan jäähtyneet rubidiumatomit eivät lentäneet erilleen törmäysten jälkeen, vaan pysyivät alkuperäisessä tilavuudessa, joka vastaa noin tuhannesosaa kuutiomillimetriä. Ulkopuolelta näytti siltä, ​​että he osuivat näkymättömään seinään.

Hyvin kaukainen analogia atomiryhmälle, jolla on erilaiset spinit - kahden tai useamman törmäys jalkapallot, sivutörmäys esikierretty ennen pyörimistä akselinsa ympäri eri suuntiin. On selvää, että niiden liikesuunnat ja nopeudet törmäyksen jälkeen poikkeavat merkittävästi samoista tuloksista tavallisilla palloilla. Mutta tämä ei tarkoita, että pallot olisivat vaihtaneet omaansa fyysinen massa. Vain heidän vuorovaikutuksensa luonne on muuttunut. Myöskään kokeessa atomien massa ei muuttunut negatiiviseksi. Painovoimakentässä ne silti laskeutuisivat. Se, mikä todella muuttui, oli vain se, missä ne liikkuivat törmäysten jälkeen muiden vastaavien atomien kanssa, mutta "pyörivät" akselinsa ympäri toiseen suuntaan.

Rubidiumatomien käyttäytyminen kokeessa vastaa fysiikan negatiivisen efektiivisen massan määritelmää. Sitä käytetään esimerkiksi kuvaamaan elektronin käyttäytymistä sisään kristallihila. Hänelle muodollinen massa riippuu liikkeen suunnasta suhteessa kiteen akseleihin. Liikkuessaan yhteen suuntaan se näyttää yhden varianssin (sironta), toisessa - toisen. Heille otettiin käyttöön efektiivisen massan käsite, koska muuten niiden sirontaa kaavoilla kuvattaessa massa alkaisi riippua energiasta, mikä ei ole kovin kätevää laskelmien kannalta. Esimerkki negatiivisesta tehollisesta massasta on puolijohteiden reikien käyttäytyminen, jonka kanssa jokaisen modernin elektroniikan käyttäjän on kohdattava.

Suurin osa tiedotusvälineistä, mukaan lukien venäläiset, tulkitsi kokeen luovan aineen, jolla on negatiivinen massa. Teoriassa aineita, joilla on samanlaiset ominaisuudet, voitaisiin käyttää pitämään madonreiät toimintakunnossa, mikä mahdollistaisi pitkän matkan avaruudessa ja ajassa lähes nollassa ajassa. Käytännön mahdollisuutta luoda tällainen aine, samoin kuin itse madonreiät, ei ole vielä todistettu. Vaikka se on mahdollista, on epärealistista saada se ihmiskunnan nykyaikaisilla teknisillä kyvyillä.

AT teoreettinen fysiikka, negatiivinen massa on käsite hypoteettisesta aineesta, jonka massalla on massalle vastakkainen arvo normaali asia(ihan kuin sähkövaraus voi olla positiivinen ja negatiivinen). Esimerkiksi -2 kg. Jos sellainen aine olisi olemassa, se rikkoisi yhtä tai useampaa energiaehtoa ja osoittaisi joitain outoja ominaisuuksia. Joidenkin spekulatiivisten teorioiden mukaan negatiivista massamateriaalia voidaan käyttää madonreikien luomiseen. madonreikiä) aika-avaruudessa.

Kuulostaa täydelliseltä fantasialta, mutta...

Ensimmäistä kertaa tieteen historiassa Washingtonin yliopiston fyysikot ovat luoneet uudelleen olosuhteet, joissa aine, tietynlainen neste, osoittaa "negatiivisen massan" ominaisuuksia. Tämän nesteen käyttäytyminen on täysin yhdenmukainen negatiivisen massan käsitteen kanssa, kun siihen kohdistetaan tiettyyn suuntaan vaikuttava voimavektori, tämä neste alkaa liikkua kiihtyvyydellä vastakkaiseen suuntaan. Tällaista vaikutusta on vaikea saada jopa laboratoriossa, "mutta sitä voidaan käyttää joidenkin aiemmin selittämättömien astrofysikaalisten ilmiöiden tutkimiseen ja selittämiseen", selittää Michael Forbes, fysiikan ja tähtitieteen professori Washingtonin yliopistosta.

Hypoteettisesta näkökulmasta aineella voi olla negatiivinen massa samalla tavalla kuin sähkövarauksilla on positiivinen tai negatiivinen polariteetti. Ihmiset ajattelevat tätä näkökohtaa hyvin harvoin, koska ympärillämme olevassa maailmassa ilmenee vain massan "positiivinen" puoli. Newtonin toisen lain mukaan, jos kohdistat objektiin jatkuvaa voimaa, se liikkuu mukana jatkuva kiihtyvyys tämän voiman suuntaan.

"Newtonin toisen lain perusteella lähes kaikki, mitä näemme ympärillämme, toimii", sanoo Michael Forbes. "Kuitenkin aine, jonka massa on negatiivinen, reagoi siihen kohdistuvaan voimaan täysin päinvastaisella tavalla, se alkaa liikkua siihen suuntaan. siihen kohdistetusta voimasta."

Kuva 1. Bose-Einstein-kondensaatin anisotrooppinen laajeneminen erilaisia ​​kertoimia adheesiovoimat. Todellisia tuloksia kokeet ovat punaisia, ennustetulokset simulaatiossa ovat mustia

Alakaavio on suurennettu leikkaus kuvan 1 alimmalla rivillä olevasta keskikehyksestä. Alempi kaavio näyttää 1D-simuloinnin kokonaistiheydestä ajan funktiona alueella, jossa dynaaminen epävakaus ilmestyi ensimmäisen kerran.

Niin kutsuttu Bose-Einstein-kondensaatti, rubidiumatomien pilvi, joka on jäähtynyt melkein lämpötilaan absoluuttinen nolla. Tällaisissa olosuhteissa hiukkasten lämpöliike käytännössä pysähtyy ja lakien eturintaman ansiosta kvanttimekaniikka, tämä atomipilvi hankkii aaltofunktio ja käyttäytyy kuin yksi iso kiinteä atomi. Lisäksi Bose-Einstein-kondensaatilla on atomien synkronisesta liikkeestä johtuen superfluidin, supernesteen ominaisuudet, jonka viskositeettikerroin on nolla.

Tietyillä parametreilla varustetun laservalon avulla tutkijat hidastivat rubidiumatomeja lähes kokonaan, ja ne "kuumat" atomit, joita ei voitu hidastaa, karkotettiin ansatilasta samalla laservalolla. Loukku, johon Bose-Einstein-kondensaatti "ajettiin", oli muodoltaan pallomainen ja sen koko oli vain 100 mikronia. Tällä hetkellä kondensaatilla oli vielä tavallinen "positiivinen" massa, mutta loukun eheyden tahallinen rikkominen johti kondensaatin ihanteellisen pallomaisen muodon rikkomiseen, ja rubidiumatomit ryntäsivät ulos loukusta.

Ja sillä hetkellä alkoi mielenkiintoisin. Tutkijat käyttivät sarjaa lisälasereita, jotka muuttivat rubidiumatomien pyörimissuuntaa. Ja tällaisen "käsittelyn" jälkeen kondensaattisuperneste sai negatiivisen massan ominaisuudet. "Heti kun atomit saavuttavat massasiirtymän rajan positiivisesta alueesta negatiiviseen, ne kiihtyvät jyrkästi käänteinen suunta"- sanoo Michael Forbes, - "Se on kuin rubidiumatomit heijastuivat näkymättömästä seinästä."

Yllä oleva tekniikka "negatiivisen" massan omaavien aineiden saamiseksi antoi tutkijoille mahdollisuuden välttää joitakin ongelmia ja ongelmia, joita tutkijat kohtasivat aikaisempien vastaavien yritysten aikana. "Kokeen kaikkien parametrien täydellisen ja tarkan hallinnan ansiosta pystyimme luomaan uudelleen olosuhteet, joissa ainemassan "napaisuuden käänteisyyden" selvä raja ilmaantuu koealueelle", sanoo Michael Forbes. , "Jotain samanlaista voi tapahtua eksoottisten tähtitieteellisten esineiden, kuten neutronitähtien, mustien aukkojen ja tiheiden klustereiden, syvyyksissä pimeä aine. Nyt meillä on mahdollisuus kokeilla ja simuloida laboratoriossa perusilmiöitä, joita esiintyy vain hyvin spesifisissä olosuhteissa ympäristöön yllä olevat avaruusobjektit"

Pysyäksesi ajan tasalla tämän blogin uusista postauksista siellä on Telegram-kanava. Tilaa, siellä on mielenkiintoista tietoa, jota ei ole blogissa!

Mutta meille on jo luvattu, että pian itsevirtaava neste virtaa hanoihin itsestään, ja nyt meillä on kuudes sukupuutto. Ei niin kauan sitten keinotekoiset aivot kasvatettiin ja ensimmäistä kertaa elimet jäädytettiin ja sulatettiin onnistuneesti.

Tallennettu

Hypoteettinen madonreikä aika-avaruudessa

Washingtonin yliopiston laboratoriossa luotiin olosuhteet alle 0,001 mm³:n tilavuuden Bose-Einstein-kondensaatin muodostumiselle. Hiukkasia hidastettiin laserilla ja odotettiin, että energisin niistä poistuisi tilavuudesta, mikä jäähdytti materiaalia entisestään. Tässä vaiheessa ylikriittisellä nesteellä oli vielä positiivinen massa. Astian vuodon sattuessa rubidiumatomit hajoaisivat eri suuntiin, koska keskusatomit työntäisivät äärimmäiset atomit ulospäin ja ne kiihtyisivät voiman kohdistamisen suuntaan.

Negatiivisen tehollisen massan luomiseksi fyysikot käyttivät erilaista lasersarjaa, joka muutti joidenkin atomien spiniä. Kuten simulaatio ennustaa, joillakin suonen alueilla hiukkasten tulisi saada negatiivinen massa. Tämä näkyy selvästi aineen tiheyden voimakkaana kasvuna ajan funktiona simulaatioissa (alakaaviossa).

Kuva 1. Bose-Einstein-kondensaatin anisotrooppinen laajeneminen erilaisilla koheesiovoimakertoimilla. Kokeen todelliset tulokset ovat punaisella, ennusteen tulokset simulaatiossa mustalla

Alakaavio on suurennettu leikkaus kuvan 1 alarivin keskikehyksestä.

Alakaavio esittää 1D-simulaatiota kokonaistiheydestä ajan funktiona alueella, jossa dynaaminen epävakaus ilmestyi ensimmäisen kerran. Katkoviivat erottavat kolme atomiryhmää, joiden nopeudet ovat kvasi-vauhdilla, jolloin tehollinen massa alkaa muuttua negatiiviseksi (yläviiva). Pienin negatiivisen tehollisen massan piste näytetään (keskellä) ja piste, jossa massa palaa positiivisiin arvoihin (alaviiva). Punaiset pisteet osoittavat paikkoja, joissa paikallinen kvasi-vauhti on negatiivisen efektiivisen massan alueella.

Aivan ensimmäinen kaaviorivi osoittaa, että aikana fyysinen koe aine käyttäytyi täsmälleen simulaation tulosten mukaisesti, mikä ennustaa negatiivisen efektiivisen massan omaavien hiukkasten ilmaantumista.

Bose-Einstein-kondensaatissa hiukkaset käyttäytyvät kuin aallot ja etenevät siksi eri suuntaan kuin normaalien positiivisen tehollisen massan omaavien hiukkasten pitäisi levitä.

Rehellisyyden nimissä on todettava, että toistuvasti fyysikot kirjasivat tuloksia kokeissa, joissa negatiivisen massaisen aineen ominaisuudet ilmenivät, mutta näitä kokeita voitiin tulkita eri tavoin. Nyt epävarmuus on suurelta osin poistunut.

Tieteellinen artikkeli julkaistu lehdessä 10.4.2017 Physical Review Letters(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, saatavilla tilauksesta). Kopio artikkelista ennen sen lähettämistä lehteen postitettiin 13.12.2016 klo vapaa pääsy osoitteessa arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Suositellaan katsottavaksi 1280 x 800 resoluutiolla

"Technique-youth", 1990, nro 10, s. 16-18.

Rohkeiden hypoteesien tribüüni

Ponkrat BORISOV, insinööri
Negatiivinen massa: Ilmainen lento äärettömään

), vaikka nämä materiaalit on luotu ja suhteellisen hyvin tutkittu.

Tätä voidaan kutsua myös tietyntyyppisistä eksoottisista atomeista luoduksi materiaaliksi, jossa ytimen (positiivisesti varautuneen hiukkasen) roolia suorittaa positron (positronium) tai positiivinen myon (muonium). On myös atomeja, joissa on negatiivinen myoni yhden elektronin (myonisen atomin) sijasta.

negatiivinen massa

Voidaan nähdä, että kohde, jolla on negatiivinen inertiamassa, kiihtyy päinvastaiseen suuntaan kuin se, johon sitä työnnettiin, mikä voi tuntua oudolta.

Jos tutkimme inertiamassaa, passiivista gravitaatiomassaa ja aktiivista gravitaatiomassaa erikseen, niin Newtonin yleisen painovoiman laki saa seuraavan muodon:

Siten objektit, joilla on negatiivinen gravitaatiomassa (sekä passiivinen että aktiivinen), mutta joilla on positiivinen inertiamassa, hylkivät positiiviset aktiiviset massat ja houkuttelevat negatiiviset aktiiviset massat.

Eteenpäin analyysi

Vaikka negatiivisen massan omaavia hiukkasia ei tunneta, fyysikot (alunperin G. Bondi ja Robert L. Forward (Englanti) Venäjän kieli ) pystyivät kuvaamaan joitain odotettuja ominaisuuksia, joita tällaisilla hiukkasilla saattaa olla. Olettaen, että kaikki kolme massatyyppiä ovat yhtä suuret, on mahdollista rakentaa järjestelmä, jossa negatiiviset massat houkuttelevat positiivisia massoja, kun taas positiiviset massat hylkivät negatiiviset massat. Samalla negatiiviset massat luovat houkuttelevan voiman toisiaan kohtaan, mutta ne hylkivät negatiivisten inertiamassaensa vuoksi.

klo negatiivinen arvo ja positiivinen arvo, voima on negatiivinen (hylkivä). Ensi silmäyksellä näyttää siltä, ​​​​että negatiivinen massa kiihtyisi poispäin positiivisesta massasta, mutta koska tällaisella esineellä olisi myös negatiivinen inertiamassa, se kiihtyisi vastakkaiseen suuntaan. Lisäksi Bondy osoitti, että jos molemmat massat ovat yhtä suuret itseisarvo, mutta eroavat siis merkiltä yleinen järjestelmä positiiviset ja negatiiviset hiukkaset kiihtyvät loputtomasti ilman ulkopuolista lisävaikutusta järjestelmään.

Tämä käyttäytyminen on outoa, koska se on täysin ristiriidassa käsityksemme kanssa " tavallinen universumi työstä positiivisten massojen kanssa. Mutta se on täysin matemaattisesti johdonmukainen eikä aiheuta ristiriitoja.

Saattaa vaikuttaa siltä, ​​että tällainen esitys rikkoo liikemäärän ja/tai energian säilymislakia, mutta meillä on massat itseisarvoltaan yhtä suuret, toinen on positiivinen ja toinen negatiivinen, mikä tarkoittaa, että järjestelmän liikemäärä on nolla, jos ne molemmat liikkuvat yhdessä ja kiihtyvät yhdessä nopeudesta riippumatta:

Ja sama yhtälö voidaan laskea kineettiselle energialle:

Eteenpäin laajensi Bondin tutkimusta muihin tapauksiin ja osoitti, että vaikka kaksi massaa eivät olisikaan yhtä suuret absoluuttisesti, yhtälöt pysyvät silti johdonmukaisina.

Jotkut näiden oletusten tuomat ominaisuudet näyttävät epätavallisilta, esimerkiksi positiivisesta aineesta peräisin olevan kaasun ja kaasun seoksessa negatiivinen asia positiivinen osa nostaa lämpötilaansa loputtomasti. Kuitenkin tällaisessa tapauksessa negatiivinen osa seos jäähtyy samalla nopeudella, mikä tasoittaa tasapainon. Geoffrey A. Landis (Englanti) Venäjän kieli pani merkille muut Forwardin analyysin sovellukset, mukaan lukien viitteet siitä, että vaikka negatiivisen massan omaavat hiukkaset hylkivät toisiaan painovoimaisesti, mutta sähköisiä voimia Esimerkiksi varaukset houkuttelevat toisiaan (toisin kuin hiukkaset, joilla on positiivinen massa, jossa tällaiset hiukkaset hylkivät toisiaan). Tämän seurauksena hiukkasille, joilla on negatiivinen massa, tämä tarkoittaa, että gravitaatio- ja sähköstaattiset voimat ovat päinvastaisia.

Forward ehdotti mallia moottorille avaruusaluksia käyttämällä negatiivista massaa, joka ei vaadi energian sisäänvirtausta ja työnestettä mielivaltaisen suuren kiihtyvyyden saamiseksi, vaikka pääasiallinen este on tietysti se, että negatiivinen massa pysyy täysin hypoteettisena. Katso diametraalinen veto.

Forward loi myös termin "tyhjentäminen" kuvaamaan sitä, mitä tapahtuu, kun normaali ja negatiivinen aine kohtaavat. Odotetaan, että ne voivat kumota tai "tyhjittää" toistensa olemassaolon, ja sen jälkeen energiaa ei ole jäljellä. On kuitenkin helppo osoittaa, että jonkin verran vauhtia voi jäädä (se ei säily, jos ne liikkuvat samaan suuntaan, kuten edellä on kuvattu, mutta niiden on siirryttävä toisiaan kohti kohdatakseen ja kumotakseen toisensa). Tämä voi puolestaan ​​selittää miksi yhtä suuret määrät tavallinen ja negatiivinen aine ei yhtäkkiä esiinny tyhjästä (tyhjentämisen vastakohta): tässä tapauksessa kummankin vauhti ei säily.

Eksoottinen aine yleisessä suhteellisuusteoriassa

Mihin suuntaan antimateriaali putoaa?

Pääartikkeli: Antiaineen gravitaatiovuorovaikutus

Suurin osa nykyajan fyysikot uskoo, että antimaterialla on positiivinen gravitaatiomassa ja sen pitäisi pudota alas kuten tavallinen aine. Samaan aikaan jotkut tutkijat kuitenkin uskovat, että toistaiseksi ei ole vakuuttavia kokeellisia todisteita Tämä fakta. Tämä johtuu vaikeudesta suora tutkimus painovoimat hiukkasten tasolla. Tällaisilla pienillä etäisyyksillä sähkövoimat menevät paljon heikomman edelle gravitaatiovuorovaikutus. Lisäksi antihiukkaset on pidettävä erillään tavanomaisista vastineistaan ​​tai ne tuhoutuvat nopeasti. Ilmeisesti tämä tekee siitä vaikeaa suora mittaus passiivinen gravitaatiomassa antimateriaa. Kokeet antimateriasta ATHENA ATHENA ) ja ATRAP (eng. ANSA ) saattaa pian antaa vastauksia.

Vastaukset inertiamassaan on kuitenkin tiedetty jo pitkään kuplakammiolla tehdyistä kokeista. Ne osoittavat vakuuttavasti, että antihiukkasilla on positiivinen inertiamassa, yhtä suuri kuin massa"tavallisia" hiukkasia, mutta päinvastainen sähkövaraus. Näissä kokeissa kammio altistetaan vakiolle magneettikenttä, joka saa hiukkaset liikkumaan kierteessä. Tämän liikkeen säde ja suunta vastaavat suhdetta sähkövaraus inerttiin massaksi. Hiukkas-antihiukkasparit liikkuvat kierteisiä linjoja pitkin sisään vastakkaisiin suuntiin, mutta samalla säteellä. Tästä havainnosta päätellään, että niiden sähkövarauksen suhteet inertiamassaan eroavat vain etumerkistä.

Huomautuksia