Brittiläinen astrofyysikko Jamie Farnes on ehdottanut kosmologista mallia, jossa negatiivinen massa tuotetaan tasainen vauhti koko universumin evoluution ajan. Tämä malli on ristiriidassa yleisesti hyväksytyn näkemyksen kanssa aineen luonteesta, mutta se selittää hyvin suurimman osan vaikutuksista, jotka tavallisesti johtuvat pimeästä aineesta ja pimeästä energiasta, erityisesti maailmankaikkeuden laajenemisesta, suuren mittakaavan rakenteen muodostumisesta. universumin ja galaktisen halon, galaksien kiertokäyrät ja havaittu spektri jäännössäteilyä. Artikkeli julkaistu v Tähtitiede & Astrofysiikka, työn esipainos on saatavilla osoitteessa arXiv.org.

Tällä hetkellä useimmat kosmologit uskovat, että universumin evoluutio kuvataan ΛCDM-mallilla. Tämän mallin mukaan noin 70 prosenttia maailmankaikkeuden massasta on pimeää energiaa, 25 prosenttia kylmää pimeää ainetta (eli ainetta, jonka hiukkaset liikkuvat hitaasti) ja vain loput 5 prosenttia on meille tuttua baryonista ainetta. Tiedemiehet ovat määrittäneet nämä suhteet analysoimalla taustasäteilykuvion harmonisia. Voit lukea lisää universumin "koostumuksen" mittaamisesta Boris Sternin artikkeleista WMAP- ja Planck-satelliiteista, jotka antoivat suurimman panoksen tähän työhön.

Valitettavasti tutkijoilla on huono käsitys siitä, mitä pimeä aine ja pimeä energia ovat. Yksikään ultratarkoista kokeista pimeän aineen hiukkasten etsimiseksi ei ole ennustanut useita teoreettisia malleja(esim. SUSY) ei koskaan ollut positiivinen. Tällä hetkellä tavallisten hiukkasten ja "tummien" hiukkasten, joiden massat ovat 6 - 200 megaelektronivolttia, sirontapoikkileikkaus on luokkaa 10 -47 neliösenttimetriä, joka käytännössä eliminoi tämän massaalueen hiukkaset ja pakottaa fyysikot kehittymään vaihtoehtoisia teorioita. Pimeä aine ilmenee kuitenkin edelleen gravitaatiovuorovaikutuksen kautta, mikä muuttaa galaksien pyörimiskäyriä ja kuvaa, ja siksi tämän hypoteesin tutkijat.

Pimeä energia on vielä pahempaa. Ainoa havainto, joka suoraan vahvistaa sen olemassaolon CMB:n analyysistä riippumatta, on universumin kiihtynyt laajeneminen mitattuna (epäsuorasti pimeää energiaa vahvistaa suhde kemiallisia alkuaineita havaittavassa maailmankaikkeudessa). Lisäksi fyysikoilla on huono käsitys siitä, mitä pimeä energia maan päällä on. perustasolla . Tietysti, laadullisesti sitä voidaan kuvata käyttämällä kosmologista vakiota (lambda-termi), mutta tämä menetelmä ei anna uutta tietoa eikä anna mahdollisuutta määrittää, onko mistä se koostuu pimeää energiaa. Einstein selitti tällaiset lisäykset negatiivisen massan omaavilla hiukkasilla - tässä lähestymistavassa liikeyhtälöt muuttuvat symmetrisiksi, kuten sähködynamiikan yhtälöt, ja lambda-termi esiintyy integraatiovakiona, joka ei sisällä fyysistä merkitystä.

Negatiivinen massa on ainetta, joka kiihtyy voiman vastakkaiseen suuntaan. Negatiivinen massa hylkii hiukkasia, joilla on positiivinen ja negatiivinen massa, kun taas "positiiviset" hiukkaset houkuttelevat "negatiivisia". Valitettavasti ΛCDM-mallin puitteissa tämä pimeän energian kuvailutapa on ilmeisesti tuomittu epäonnistumaan. Tosiasia on, että universumin laajenemisen aikana eri komponenttien tiheys muuttuu eri lakien mukaan: kylmän aineen tiheys laskee, kun taas pimeän energian tiheys pysyy vakiona. Siksi on mahdotonta tunnistaa ainetta negatiivisella massalla ja pimeällä energialla.

Negatiivimassaisten hiukkasten vuorovaikutus: mustat nuolet osoittavat voimia, punaiset nuolet osoittavat kiihtyvyyttä

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Positiivisen ja negatiivisen massan omaavien hiukkasten vuorovaikutus: mustat nuolet osoittavat voimia, punaiset nuolet osoittavat kiihtyvyyttä

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Positiivisen massan omaavien hiukkasten vuorovaikutus: mustat nuolet osoittavat voimia, punaiset nuolet osoittavat kiihtyvyyttä

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Astrofyysikko Jamie Farnes väittää kuitenkin kyenneensä yhdistämään Einsteinin idean havaintotietoihin. Tätä varten hän yhdisti idean negatiivisesta massasta toiseen vastakohtaiseen ajatukseen jatkuvasta ja tasaisesta massan tuotannosta universumin tilavuudessa. Tämä idea ei myöskään ole kaukana uusi, se esitettiin ensimmäisen kerran jo viime vuosisadan 40-luvulla.

Teoriassa tällaiset prosessit voivat todellakin tapahtua vahvan taustalla gravitaatiokenttä(esimerkiksi kustannuksella). Ottaen huomioon tällaiset lisäykset positiivisten massojen standardien energia-momenttitensoriin, fyysikko kirjoitti ja ratkaisi Friedmann-yhtälön ja laski sitten minkä lain mukaan universumi laajenee tässä mallissa. Tutkijat eivät ottaneet huomioon tavanomaisen pimeän aineen ja pimeän energian osuutta. Tuloksena kävi niin kuuluisia lakeja toistetaan, jos negatiivinen massa tuotetaan vakionopeudella Γ = −3 H, missä H on Hubblen vakio. Tässä tapauksessa negatiivinen massatiheys pysyy vakiona laajenemisen aikana ja se mallintaa tehokkaasti kosmologista vakiota. Tässä tapauksessa universumin laajenemisnopeus ja elinikä ovat samat kuin ΛCDM-mallissa.

Astrofyysikko laski sitten, kuinka negatiivinen massa näkyisi pienemmässä mittakaavassa. Tätä varten hän mallinsi mallissaan vuorovaikutusta suuri numero positiivisen ja negatiivisen massan hiukkaset. Koska kaikki olemassa olevat astrofysikaaliset paketit eivät ota huomioon tällaisia ​​epätavallisia muutoksia, Farnesin oli kehitettävä oma ohjelma. Välttääkseen likiarvoja laskelmien aikana tutkija laski jokaisen hiukkasen koordinaatit ja nopeudet kullakin ajanhetkellä - tämä mahdollisti ennusteiden luotettavuuden lisäämisen, vaikka ohjelman laskentaresurssien vaatimukset kasvoivat neliön myötä. hiukkasten lukumäärästä. Erityisesti tämän vuoksi tiedemiehen piti rajoittua 50 tuhannen hiukkasen mallintamiseen.

Kehitetyn ohjelman avulla Farnes näki useita efektejä, jotka perinteisesti liitettiin pimeään aineeseen. Ensin hän mallinsi positiivisen massan hiukkasten tiheän ryhmän kehitystä, joka oli upotettu negatiivimassaisten hiukkasten "mereen". Tällaisen järjestelmän pitäisi laadullisesti kuvata galaksien kehitystä myöhäisiä vaiheita universumin laajeneminen, kun "negatiiviset" hiukkaset hallitsevat merkittävästi "positiivisia". Tässä ongelmassa tiedemies valitsi "positiivisten" hiukkasten lukumäärän N+= 5000, negatiivisten luku N− = 45000. Tuloksena hän sai tiheysjakauman, joka sopii hyvin havaintotietojen kanssa - hiukkasten tiheys kasvaa hitaasti lähestyttäessä galaksin keskustaa ja osuu Burkertin profiiliin. Tämä ratkaisee ΛCDM-mallissa esiintyvän "kärkeän halo-ongelman".

Negatiivisen aineen "mereen" upotetun positiivisen aineen "galaksin" evoluutio

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Farnesin laskema galaksin massaprofiili (sininen) ja käytännössä havaittu (vaaleanpunainen katkoviiva)

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Toiseksi, samoilla lähtötiedoilla tiedemies laski galaksin pyörimiskäyrän ja havaitsi, että se on myös hyvin yhteneväinen havaintotietojen kanssa. Kun mallissa, jossa on puhtaasti "positiivisia" hiukkasia, galaksin reunalla oleva aine liikkuu hitaammin kuin sen keskustassa, niin mallissa, jossa "negatiiviset" hiukkaset ovat vallitseva, nopeus on suunnilleen vakio.

Negatiivisen aineen "mereen" (punainen) ja "vapaaseen" galaksiin (musta) upotetun galaksin pyörimiskäyrä

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Kolmanneksi Farnes osoitti sen mallissaan luonnollisesti syntyy maailmankaikkeuden filamenttimainen laajamittainen rakenne: galaksit yhdistyvät klusteiksi, klusterit superklusteriksi ja superklusterit ketjuiksi ja seiniksi. Tätä varten hän laski järjestelmän kehityksen, joka sisältää sama numero"positiiviset" ja "negatiiviset" hiukkaset. Käytettävissä olevan laskentatehon rajoitusten vuoksi tiedemies asetti molempien hiukkasten lukumäärän N + = N− = 25000. Kuten edellisessä tapauksessa, "negatiiviset" hiukkaset ympäröivät tavallisen aineen hiukkasia ja muodostivat halon, mutta tällä kertaa tutkija pystyi havaitsemaan kuvioita suuremmissa mittakaavaissa, jotka muistuttivat havaittavan universumin rakennetta.

Homogeeninen rakenne Universumi simulaation alussa

Jamie Farnes / Tähtitiede ja astrofysiikka

Ilmoittaudu harjoituksiin. Valitettavasti hän ei pystynyt näkemään tätä vaikutusta simulaatioissa 50 000 hiukkasella. Tiedemies kuitenkin toivoo, että suuremmissa simulaatioissa, joissa on miljoona hiukkasta, tällaisia ​​prosesseja voidaan havaita, ja ehdottaa myös, että niiden avulla voimme vahvistaa tai kumota uuden teorian.

Lopuksi tiedemies tarkisti, kuinka paljon ΛCDM-mallin ehdotettu muunnos vääristäisi todellisuudessa havaittuja vaikutuksia - universumin laajenemista, standardikynttilöitä mitattuna, jäännöstaustaa ja galaksijoukkojen fuusiohavaintoja. Kaikissa näissä tapauksissa astrofyysikko havaitsi, että hänen hypoteesinsa ei ollut ristiriidassa havaittujen tietojen kanssa. Kuitenkin monet kysymykset ovat edelleen avoinna - varsinkin on epäselvää, miten tällainen hypoteesi yhdistetään standardimalliin (voiko Higgsin mekanismi tuottaa negatiivisia massoja?), kuinka havaita kokeellisesti negatiivisen massan omaavat hiukkaset ja miten selittää ristiriidat "negatiivisten" hiukkasten torjunnan ja teorian välillä. Tiedemies uskoo kuitenkin, että kaikki nämä ongelmat voidaan ratkaista uuden mallin puitteissa.

Näin ollen malli, jossa on jatkuvasti negatiivisen massan tuotto, ei selitä vain universumin havaittua laajenemista, vaan myös sen laajamittaisen rakenteen muodostumista, pimeän aineen haloja galaksien ympärillä ja pyörimiskäyriä - suurimman osan vaikutuksista, jotka yleensä johtuvat pimeydestä. energiaa ja pimeää ainetta. Kummallista kyllä, sellaista intuitiivisesti luonnotonta hypoteesi, joka on vastoin yleisesti hyväksyttyä näkemystä aineesta, on melkoinen johdonmukainen havaintotiedoilla. Lisäksi hän tarjoutuu selittämään niitä enemmän yksinkertaisella tavalla, johon osallistuu vähemmän kokonaisuuksia. Kuten kirjoittaja itse kirjoittaa päätelmässä: "Vaikka tämä ehdotus on luopio ja harhaoppinen, [artikkeli] ehdotti, että negatiiviset arvot Nämä parametrit voivat periaatteessa selittää kosmologisten havaintojen tiedot, jotka on aina tulkittu järkevän positiivisen massan oletuksen puitteissa."

Joskus fyysikot sanovat kaunista epätavallisia ideoita selittämään havaitut ristiriidat teorian ja kokeen välillä. Esimerkiksi viime vuoden marraskuussa amerikkalainen teoreettinen fyysikko Hooman Davoudiasl esitteli uutta voimaa, jota kuljettaa ultrakevyt skalaarihiukkanen ja joka hylkii pimeää ainetta maapallolta. Tämä oletus selittää hyvin kaikkien maanpäällisten kokeiden epäonnistumiset pimeän aineen etsimisessä - jos tällainen voima todella on olemassa, ilmaisimet eivät periaatteessa pystyisi rekisteröimään mitään. Valitettavasti tämä väite voidaan vahvistaa nykyinen taso teknologian kehittäminen ei ole mahdollista.

Dmitri Trunin

Yhdysvaltalaiset tutkijat väittävät luoneensa aineen, jolla on negatiivinen massa laboratoriossa. Tämä aine on neste, jolla on erittäin epätavallisia ominaisuuksia. Jos esimerkiksi työnnät tätä nestettä, se saa negatiivisen kiihtyvyyden, toisin sanoen taaksepäin, ei eteenpäin. Tällainen omituisuus voisi kertoa tutkijoille ainakin paljon siitä, mitä sisällä tapahtuu outoja esineitä kuten mustat aukot ja neutronitähdet.
Voiko jollain kuitenkin olla negatiivinen massa? Onko se mahdollista?

Teoriassa aineella voi olla negatiivinen massa samalla tavalla kuin sähkövaraus voi olla negatiivinen tai positiivinen.

Paperilla tämä toimii, mutta tieteen maailmassa käydään kiivasta keskustelua siitä, rikkooko jo pelkkä oletus jonkin negatiivisen massan olemassaolosta fysiikan peruslakeja. Meille, tavalliset ihmiset, tämä käsite vaikuttaa liian monimutkaiselta ymmärtää.

erilaista lakia mekaaninen liike tai yksinkertaisemmin sanottuna Newtonin toinen laki ilmaistaan ​​kaavalla A=F/M. Eli kappaleen kiihtyvyys on yhtä suuri kuin siihen kohdistetun voiman suhde kehon massaan. Jos asetat negatiivinen merkitys massa, niin keho, aivan loogisesti, saa negatiivisen kiihtyvyyden. Kuvittele vain, lyöt palloa ja se vierii jalallasi.

Sen, mikä näyttää meille vieraalta, ei kuitenkaan tarvitse olla mahdotonta, ja yllä olevat teoreettiset harjoitukset ovat paras tapa todistaa, että negatiivinen massa voi olla olemassa universumissamme rikkomatta yleinen teoria suhteellisuusteoria.

Halu ymmärtää kaikki tämä johti tutkijoiden aktiivisiin yrityksiin luoda negatiivinen massa uudelleen laboratoriossa, kuten näemme, jopa jollain menestyksellä.

Washingtonin yliopiston tutkijat sanoivat, että he ovat onnistuneet saamaan aikaan nesteen, joka käyttäytyy täsmälleen kuten negatiivisen massan omaavan kehon pitäisi käyttäytyä. Ja heidän löytöään voidaan vihdoin käyttää joidenkin tutkimiseen outoja ilmiöitä universumin syvyyksissä.

Tämän oudon nesteen luomiseksi tutkijat käyttivät lasereita jäähdyttämään rubidiumatomit lähes pisteeseen absoluuttinen nolla, jolloin syntyy niin sanottu Bose-Einstein-kondensaatti.

Tässä tilassa hiukkaset liikkuvat uskomattoman hitaasti ja oudosti noudattaen melko outoja periaatteita. kvanttimekaniikka, mutta ei klassinen fysiikka, eli ne alkavat käyttäytyä kuin aallot.

Hiukkaset myös synkronoituvat ja liikkuvat yhdessä muodostaen supernesteisen aineen, joka voi liikkua menettämättä energiaa kitkan seurauksena.
Tutkijat ovat käyttäneet lasereita supernesteen luomiseen matalat lämpötilat, sekä sijoittaaksesi sen kulhon muotoiseen kenttään, jonka halkaisija on alle 100 mikronia.

Niin kauan kuin superaine pysyi tässä tilassa, sillä oli tavallinen massa ja se oli melko yhdenmukainen Bose-Einstein-kondensaatin käsitteen kanssa. Kunnes hänet pakotettiin muuttamaan.

Toisen lasersarjan avulla tutkijat pakottivat atomit liikkumaan edestakaisin, minkä seurauksena niiden spin muuttui ja rubidium, joka on voittanut "kulhon esteen", roiskui nopeasti ulos. Kuitenkin, ikään kuin sillä olisi negatiivinen massa. Tutkijoiden mukaan vaikutelma oli sellainen, että neste törmäsi näkymättömään esteeseen ja hylkäsi siitä.

Siten tutkijat vahvistivat oletukset negatiivisen massan olemassaolosta, mutta tämä on vasta matkan alkua. Jää nähtäväksi, onko nesteen käyttäytyminen laboratorio-olosuhteissa riittävän toistettavissa ja luotettava, jotta voidaan testata joitakin negatiivisia massoja koskevia oletuksia. Joten älä iloitse etukäteen, muiden joukkueiden on toistettava tulokset itse.

Yksi asia on varma, fysiikka on tulossa yhä mielenkiintoisemmaksi ja kiinnostavammaksi.

1. Miksi aika virtaa vain eteenpäin. Fyysikot selittävät "Aika on se, mikä estää kaikkea tapahtumasta kerralla", Ray Cummings kirjoitti vuonna 1922 ilmestyneessä science fiction -romaanissaan...
2. Madonreiät, madonreiät ja aikamatka Madonreikä on teoreettinen kulku avaruuden ja ajan halki, joka voi merkittävästi vähentää pitkän matkan matkoja koko universumissa luomalla pikakuvakkeita...

Hypoteettinen madonreikä aika-avaruudessa

AT teoreettinen fysiikka, on käsite hypoteettisesta aineesta, jonka massalla on massalle vastakkainen arvo normaali asia(ihan kuin sähkövaraus voi olla positiivinen ja negatiivinen). Esimerkiksi -2 kg. Sellainen aine, jos se olisi olemassa, häiritsisi yhtä tai useampaa ja näyttäisi jonkin verran outoja ominaisuuksia. Joidenkin spekulatiivisten teorioiden mukaan negatiivista massamateriaalia voidaan käyttää luomaan ( madonreikiä) aika-avaruudessa.

Kuulostaa täydelliseltä fiktiolta, mutta nyt ryhmä fyysikoita Washingtonin yliopistosta, Washingtonin yliopistosta, OIST-yliopistosta (Okinawa, Japani) ja Shanghain yliopisto, jolla on joitain negatiivisen massan omaavan hypoteettisen materiaalin ominaisuuksia. Jos esimerkiksi työnnät tätä ainetta, se ei kiihdy voiman kohdistamisen suuntaan, vaan käänteinen suunta. Eli kiihtyy kääntöpuoli.

Luodakseen aineen, jolla on negatiivisen massan ominaisuudet, tutkijat valmistivat Bose-Einstein-kondensaatin jäähdyttämällä rubidiumatomit lähes absoluuttiseen nollaan. Tässä tilassa hiukkaset liikkuvat erittäin hitaasti ja kvanttiefektit alkaa näkyä makroskooppisella tasolla. Toisin sanoen kvanttimekaniikan periaatteiden mukaisesti hiukkaset alkavat käyttäytyä aaltoina. Esimerkiksi ne synkronoituvat keskenään ja virtaavat kapillaarien läpi ilman kitkaa, eli menettämättä energiaa - niin sanotun superfluiditeetin vaikutus.

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. Jos astian hermeettisyys rikkoutuisi, rubidiumatomit hajoaisivat sisään eri puolia, 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 erilaisia ​​kertoimia adheesiovoimat. Todellisia tuloksia kokeet ovat punaisia, ennustetulokset simulaatiossa ovat mustia

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 nopeuksilla

lähes hetkessä

Missä on tehollinen massa

alkaa muuttua negatiiviseksi (yläviiva). Näytössä on negatiivisen tehollisen massan minimipiste (keskipiste) ja piste, johon massa palaa positiiviset arvot(alarivi). Punaiset pisteet osoittavat paikkoja, joissa paikallinen kvasi-vauhti on negatiivisen efektiivisen massan alueella.

Aivan ensimmäinen kaaviorivi osoittaa, että aikana fyysinen koe aine käyttäytyi täsmälleen simuloidulla tavalla, mikä ennustaa hiukkaset negatiivisella tehokas massa.

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

Rehellisesti sanottuna on sanottava, että fyysikot kirjasivat toistuvasti kokeiden aikana, mutta näitä kokeita voitiin tulkita eri tavoin. Nyt epävarmuus on suurelta osin poistunut.

Tieteellinen artikkeli 10. huhtikuuta 2017 lehdessä Physical Review Letters(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, saatavilla tilauksesta). Kopio artikkelista ennen toimittamista lehteen 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.

Skannannut Igor Stepikin

Rohkeiden hypoteesien tribüüni

Ponkrat BORISOV, insinööri
Negatiivinen massa: Ilmainen lento äärettömään

Tätä aihetta käsitteleviä artikkeleita on ilmestynyt ulkomaisissa ja Neuvostoliiton fysiikan aikakauslehdissä aika ajoin yli 30 vuoden ajan. Mutta kummallista kyllä, ne eivät silti näytä herättäneen popularisoijien huomiota. Mutta ongelma negatiivinen massa, ja jopa tiukasti tieteellinen ympäristö- loistava lahja modernin fysiikan paradoksien ystäville ja tieteiskirjailijoille. Mutta sellainen on omaisuus erikoiskirjallisuutta: sensaatio voi pysyä piilossa vuosikymmeniä ...

Niin, me puhumme hypoteettisesta aineen muodosta, jonka massa on tavanomaisen merkin vastakkainen. Heti herää kysymys: mitä tämä oikeastaan ​​tarkoittaa? Ja se käy heti selväksi: negatiivisen massan käsitettä ei ole niin helppoa määritellä oikein.

Epäilemättä sillä täytyy olla painovoiman hylkimisominaisuus. Mutta käy ilmi, että tämä ei yksin riitä. AT moderni fysiikka neljä massatyyppiä erotetaan tiukasti:

gravitaatioaktiivinen - se, joka houkuttelee (jos se on tietysti positiivinen);

gravitaatiopassiivinen - se, joka vetää puoleensa;

inertti, joka saa tietyn kiihtyvyyden kohdistetun voiman vaikutuksesta (a \u003d F / m);

lopuksi Einsteinin lepomassa, joka määrittää kehon kokonaisenergian (E = mC 2).

Yleisesti hyväksyttyjen teorioiden puitteissa ne ovat kaikki samansuuruisia. Mutta on välttämätöntä erottaa ne toisistaan, ja tämä tulee selväksi juuri silloin, kun yritetään määrittää negatiivinen massa. Tosiasia on, että se on täysin päinvastainen kuin tavallinen vain, jos kaikki neljä sen tyyppiä muuttuvat negatiivisiksi.

Tämän lähestymistavan perusteella ensimmäisessä tätä aihetta käsittelevässä artikkelissa, joka julkaistiin vuonna 1957, Englantilainen fyysikko X. Bondy määritti "miinusmassan" perusominaisuudet tiukoilla todisteilla.

Ei ehkä ole edes kovin vaikeaa toistaa niitä tässä, koska ne perustuvat vain newtonilaiseen mekaniikkaan. Mutta tämä sotkee ​​tarinamme, ja sitten on paljon fyysisiä ja matemaattisia "hienoisuuksia". Siksi mennään suoraan tuloksiin, varsinkin kun ne ovat melko selkeitä.

Ensinnäkin "miinusaineen" täytyy hylätä painovoimaisesti kaikki muut kappaleet, toisin sanoen ei vain negatiivisella, vaan myös positiivisella massalla (kun taas tavallinen aine päinvastoin aina vetää puoleensa molempien tyyppien aineita). Lisäksi minkä tahansa voiman vaikutuksesta hitausvoimaan asti sen on liikuttava suuntaan vastakkainen vektori tätä voimaa. Ja lopuksi, sen Einstein-energian kokonaisenergian täytyy olla myös negatiivista.

Siksi on muuten korostettava, että meidän ihme juttu- ei antimateriaa, jonka massaa pidetään edelleen positiivisena. Esimerkiksi moderneja ideoita, "Anti-Maa" antimateriaalista kiertäisi Auringon ympäri täsmälleen samalla kiertoradalla kuin kotiplaneettamme.

Kaikki tämä on lähes itsestään selvää. Mutta sitten alkaa uskomaton.

Otetaanpa sama painovoima. Jos kaksi tavallista kappaletta vetävät puoleensa ja lähestyvät toisiaan ja kaksi antimassaa hylkivät toisiaan ja hajoavat, niin mitä tapahtuu erimerkkisten massojen gravitaatiovuorovaikutuksessa?

Anna sen olla yksinkertaisin tapaus: kappale (esimerkiksi pallo) aineesta, jonka massa on negatiivinen -M, on objektin takana (kutsutaanko sitä "raketiksi" - nyt selvitetään miksi), jonka massa on yhtä suuri +M. On selvää, että pallon gravitaatiokenttä hylkii rakettia, kun taas se itse vetää pallon puoleensa. Mutta tästä seuraa (tämä on jälleen tiukasti todistettu), että koko järjestelmä liikkuu suoraa linjaa pitkin, joka yhdistää kahden massan keskipisteet, jatkuva kiihtyvyys, verrannollinen vahvuuteen gravitaatiovuorovaikutus heidän välillään!

Tietenkin ensi silmäyksellä tämä kuva spontaanista, syyttömästä liikkeestä "todistaa" vain yhden asian: antimassaa, jolla on ominaisuudet, jotka annoimme sille määritelmässä alusta alkaen, ei yksinkertaisesti voi olla olemassa. Loppujen lopuksi olemme saaneet, näyttää siltä, ​​​​koko joukon kaikkein muuttumattomimpien lakien rikkomuksia.

No, eikö tässä rikota täysin avoimesti esimerkiksi liikemäärän säilymisen lakia? Molemmat ruumiit ryntäävät ilman mitään syytä samaan suuntaan, kun taas mikään ei liiku vastakkaiseen suuntaan. Mutta muista, että yksi massoista on negatiivinen! Mutta tämä tarkoittaa, että sen impulssilla on nopeudesta riippumatta miinusmerkki: (-M) V ja sitten kokonaisimpulssi kahden kehon järjestelmä on edelleen nolla!

Sama pätee järjestelmän kokonaiskineettiseen energiaan. Kun ruumiit ovat levossa, se on yhtä suuri kuin nolla. Mutta riippumatta siitä kuinka nopeasti ne liikkuvat, mikään ei muutu: pallon negatiivinen massa, täysin kaavan (-M)V 2 /2 mukaisesti, kerää negatiivisen kineettinen energia, joka kompensoi tarkasti raketin positiivisen energian kasvun.

Jos kaikki tämä vaikuttaa absurdilta, niin ehkä "lyömme kiilan irti" - yritetään vahvistaa yksi absurdi toisella? Kuudennelta luokalta lähtien tiedämme, että yhtäläisten pistemassojen keskipiste (tietenkin positiivinen) on niiden keskellä. Joten - kuinka haluaisit seuraavan tuloksen? ERIMERKIN pistemassojen keskipiste sijaitsee, vaikkakin niiden läpi kulkevalla suoralla, mutta ei sisällä, vaan niitä yhdistävän janan ULKOPUOLELLA, pisteessä ±Ґ ?!

No onko helpompaa?

Muuten, tämä johtopäätös on jo melko alkeellinen, ja jokainen voi toistaa sen halutessaan omistamalla fysiikan saman kuudennen luokan tasolla.

Jokainen, joka ei usko sanaan ja haluaa varmistaa, että kaikki laskelmat ovat oikein, voivat viitata johonkin uusimmat julkaisut tästä aiheesta - artikkeli Amerikkalainen fyysikko R. Eteenpäin "Rakettimoottori negatiivisen massan aineesta", julkaistu käännetyssä lehdessä " Ilmailutekniikka» Nro 4 vuodelta 1990.

Mutta kenties hienostunut lukija ajattelee, että hän ymmärsi jopa ilman mitään laskelmia, missä "lemmus" liukastui hänelle? Todellakin: kaikissa näissä eleganteissa väittelyissä kysymys on hiljentynyt: mistä niin upea massa tuli? Loppujen lopuksi, riippumatta sen alkuperästä, se vaatii energiaa sen "purkaamiseen", "valmistukseen" tai esimerkiksi toimittamiseen toimintapaikalle, mikä tarkoittaa ...

Voi, hienostunut lukija! Energiaa tietysti tarvitaan, mutta taas negatiivista. Mitään ei voida tehdä: Einsteinin kaavassa kehon kokonaisenergialle E = Ms 2 upealla massallamme on sama miinusmerkki. Tämä tarkoittaa, että sellaisen kappaleparin "tuottaminen", jolla on YHTÄ massat ERI merkkejä, vaatii NOLLA kokonaisenergiaa. Sama koskee toimitusta ja kaikkia muita käsittelyjä.

Ei - riippumatta siitä, kuinka paradoksaalisia nämä kaikki tulokset ovat, tiukat johtopäätökset sanovat, että antimassan läsnäolo ei ole ristiriidassa paitsi Newtonin mekaniikalla myös yleisen suhteellisuusteorian kanssa. Sen olemassaololle ei ollut mahdollista löytää loogisia kieltoja.

No - jos teoria "sallii", niin ajatellaan esimerkiksi - mitä voi tapahtua milloin fyysinen kontakti kaksi identtistä aineen hiukkasta, joilla on plus- ja miinusmassat? "Tavallisen" antiaineen kanssa kaikki on selvää: tuhoutuminen tapahtuu, kun molempien kappaleiden kokonaisenergia vapautuu. Mutta jos toinen kahdesta yhtä suuresta massasta on negatiivinen, niiden kokonaisenergia, kuten juuri ymmärsimme, on nolla. Mutta MITÄ heille tapahtuu todellisuudessa - tämä on jo kysymys, joka ylittää teorian.

Tällaisen tapahtuman lopputulos voidaan vain tietää empiirisesti. Sitä on mahdotonta "laskea" - meillä ei loppujen lopuksi ole aavistustakaan negatiivisen massan "toimintamekanismista", sen " sisäinen järjestely”(koska emme kuitenkaan tiedä tätä tavallisen massasta). Teoreettisesti yksi asia on selvä: joka tapauksessa järjestelmän kokonaisenergia pysyy nollana. Meillä on oikeus esittää vain HYPOTEESI, kuten sama Forward tekee. Hänen oletuksensa mukaan fyysistä vuorovaikutusta tässä se ei johda tuhoamiseen, vaan niin sanottuun "tyhjäämiseen", eli hiukkasten "hiljaiseen" keskinäiseen tuhoutumiseen, niiden katoamiseen ilman energian vapautumista.

Mutta toistamme, vain koe voisi vahvistaa tai kumota tämän hypoteesin.

Samoista syistä emme tiedä mitään negatiivisen massan "tekemisestä" (jos se on mahdollista). Teoria vain väittää sen yhtä suuri massa vastakkainen merkki periaatteessa ne voivat syntyä ilman energiakustannuksia. Ja heti kun tällainen kehopari ilmestyy, se lentää kiihtyen suorassa linjassa äärettömyyteen...

R. Forward on artikkelissaan jo "suunnittellut" negatiivisen massamoottorin, joka voi viedä meidät mihin tahansa pisteeseen universumissa millä tahansa asettamamme kiihtyvyydellä. Osoittautuu, että tähän tarvitaan vain ... pari hyvää jousta (kaikki "miinusmassan" vuorovaikutukset tavanomaisen kanssa elastisten voimien kautta lasketaan tietysti myös yksityiskohtaisesti).

Laitetaan siis raketin massan kokoinen upea massamme keskelle sen "moottoritilaa". Jos sinun täytyy lentää eteenpäin, venytä jousi takaseinästä ja kiinnitä sen negatiivinen massarunko. Heti heidän "kieroutuneensa" takia inertiaominaisuudet se ei ryntää minne sitä vedetään, vaan suoraan eteenpäin vastakkainen suunta, vetää rakettia mukana kiihtyvyydellä, joka on verrannollinen jousen jännityksen voimaan.

Kiihtyvyyden pysäyttämiseksi riittää jousen irrottaminen. Ja hidastaaksesi ja pysäyttääksesi aluksen, sinun on käytettävä toista jousta, joka on kiinnitetty moottoritilan etuseinään.

Ja silti "ilmainen moottori" on osittain kumottu! Totta, se tulee täysin odottamattomalta puolelta. Mutta siitä lisää lopussa.

Sillä välin etsitään paikkoja, joissa voi olla suuria määriä negatiivista massaa. Tällaisia ​​paikkoja ehdottavat jättimäiset tyhjiöt, jotka löytyvät suuren mittakaavan kolmiulotteisista kartoista galaksien jakautumisesta universumissa - ilmiöt, jotka ovat sinänsä mielenkiintoisimpia. Kuten kuvasta näkyy. 2, näiden onteloiden mitat, joita kutsutaan myös yksinkertaisesti "kupliksi", ovat noin 100 miljoonaa valovuotta (kun taas galaksimme mitat ovat noin 0,06 miljoonaa valovuotta). Siten suurimmassa mittakaavassa universumilla on "vaahtomainen" rakenne.

Kuplien rajat ovat selvästi merkitty suuren määrän galaksijoukkoilla. Sisällä ei käytännössä ole kuplia, ja jos niitä löytyy, nämä ovat erittäin epätavallisia esineitä. Niille on ominaista voimakkaan suurtaajuisen säteilyn spektrit. Nykyään uskotaan, että kuplat sisältävät "epäonnistuneita" galakseja tai tavallisen vedyn kaasupilviä.

Mutta onko mahdollista olettaa, että universumin "vaahtomainen" rakenne on seurausta sen muodostumisesta samasta määrästä negatiivisen ja positiivisen massan omaavia hiukkasia? Muuten, tällaisesta selityksestä seuraa erittäin houkutteleva seuraus: maailmankaikkeuden kokonaismassa on aina ollut ja pysyy nolla. Sitten kuplat ovat luonnollisia paikkoja miinusmassalle, jonka hiukkaset pyrkivät leviämään mahdollisimman kauas toisistaan. Ja positiivinen massa työnnetään kuplien pinnalle, missä painovoimavoimien vaikutuksesta se muodostaa galakseja ja tähtiä. Tässä voidaan muistaa A. A. Baranovin artikkeli, joka ilmestyi vuonna 1971 Izvestia Vuzov -lehden numerossa 11. Fysiikka". On harkittu kosmologinen malli Universumi, jossa on molempien merkkien massoja. Tämän mallin avulla kirjoittaja selittää kosmologisen vakion ja Hubblen punasiirtymän kokeelliset arviot sekä joitakin epänormaalit ilmiöt havaittu vuorovaikutuksessa olevissa galakseissa.

Toinen mahdollinen merkki suuria määriä negatiivinen massa - erittäin nopeiden "virtojen" läsnäolo maailmankaikkeuden laajamittaisissa rakenteissa. Siten galaksimme sisältävä superklusteri "virtaa" 600 km/s nopeudella suhteessa taustasäteilyn lepotaustaan. Tällainen nopeus ei sovi galaksien muodostumisen teorioihin kylmästä pimeästä aineesta. R. Forward ehdottaa, että tätä ilmiötä yritetään selittää ottamalla huomioon superklusterien kollektiivinen hylkiminen negatiivista massaa sisältävistä kupista.

Niin, negatiivinen asia voi vain lentää erilleen. Mutta tämä osoittautuu monien keskusteltujen päätelmien osittaiseksi kumoamiseksi. Loppujen lopuksi aineen hiukkasten gravitaatiohylkimisominaisuus, niiden luonteesta riippumatta, johtaa väistämättä siihen, että nämä hiukkaset eivät voi tulla yhteen gravitaatiovoimien vaikutuksesta. Lisäksi, koska negatiivisen massan omaava hiukkanen minkä tahansa voiman vaikutuksesta liikkuu tämän voiman vektorin vastakkaiseen suuntaan, tavalliset atomien väliset vuorovaikutukset eivät voi sitoa tällaisia ​​hiukkasia "normaaleiksi" kappaleiksi.

Mutta toivomme, että lukija sai kuitenkin ilon kaikista näistä väitteistä ...

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). Näytetään pienimmän negatiivisen tehollisen massan piste (keskellä) ja piste, jossa massa palaa positiivisiin arvoihin (alarivi). Punaiset pisteet osoittavat paikkoja, joissa paikallinen kvasi-vauhti on negatiivisen efektiivisen massan alueella.

Aivan ensimmäinen kaaviorivi osoittaa, että fysiikan kokeen aikana aine käyttäytyi täsmälleen simuloidulla tavalla, mikä ennustaa negatiivisen tehollisen 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 lehteen lähettämistä asetettiin 13. joulukuuta 2016 julkiseen verkkoon osoitteessa arXiv.org (arXiv:1612.04055).