Para peneliti dari University of Washington (AS) telah mencapai dari atom rubidium perilaku zat dengan massa efektif negatif. Ini berarti bahwa atom-atom ini tidak terbang ke arah vektor pengaruh ini di bawah pengaruh eksternal. Dalam kondisi eksperimental, mereka berperilaku seolah-olah mereka menabrak dinding tak terlihat setiap kali mereka mendekati batas wilayah dengan volume yang sangat kecil. Yang sesuai diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik. Eksperimen ini disalahartikan oleh media sebagai "menciptakan materi dengan massa negatif" (secara teori, eksperimen ini memungkinkan Anda membuat lubang cacing untuk jarak yang jauh). perjalanan luar angkasa). Faktanya, memperoleh zat dengan massa negatif, jika mungkin, jauh melampaui apa yang dapat dicapai ilmu pengetahuan modern dan teknologi.

Atom rubidium dipaksa untuk bergerak ke arah yang berlawanan dengan vektor gaya yang diterapkan padanya. Media salah menafsirkan ini sebagai penciptaan zat dengan "massa negatif"

Penulis karya memperlambat atom rubidium dengan laser (penurunan kecepatan partikel berarti pendinginannya). Pada tahap kedua pendinginan, atom yang paling energik dibiarkan meninggalkan volume yang didinginkan. Ini membuatnya lebih dingin, cara penguapan atom zat pendingin mendinginkan isi lemari es rumah tangga. Pada tahap ketiga, satu set laser yang berbeda digunakan, pulsa yang mengubah putaran (disederhanakan, arah rotasi sekitar sumbu sendiri) bagian atom

Karena beberapa atom dalam volume yang didinginkan terus memiliki putaran normal, sementara yang lain menerima putaran terbalik, interaksi mereka satu sama lain memperoleh karakter yang tidak biasa. Dalam perilaku normal, atom rubidium yang bertabrakan akan terbang terpisah sisi yang berbeda. Atom pusat akan mendorong atom terluar ke luar, mempercepatnya ke arah penerapan gaya (vektor gerak atom pertama). Karena inkonsistensi dalam putaran, dalam praktiknya, atom rubidium yang didinginkan hingga fraksi kecil kelvin tidak terbang terpisah setelah tumbukan, tetap dalam volume awal, sama dengan sekitar seperseribu milimeter kubik. Dari luar, sepertinya mereka menabrak dinding yang tak terlihat.

Analogi yang sangat jauh untuk sekelompok atom dengan putaran berbeda - tumbukan dua atau lebih sepak bola, benturan samping dipelintir sebelum berputar di sekitar porosnya ke arah yang berbeda. Jelas bahwa arah dan kecepatan gerakan mereka setelah tumbukan akan berbeda secara signifikan dari hasil yang sama untuk bola biasa. Tapi ini tidak berarti bahwa bola telah berubah massa fisik. Hanya sifat interaksi mereka satu sama lain yang berubah. Juga dalam percobaan, massa atom tidak menjadi negatif. Dalam medan gravitasi, mereka masih akan turun. Apa yang benar-benar berubah hanyalah di mana mereka bergerak setelah bertabrakan dengan atom lain yang serupa, tetapi "berputar" di sekitar porosnya ke arah lain.

Perilaku atom rubidium dalam percobaan sesuai dengan definisi massa efektif negatif dalam fisika. Ini digunakan, misalnya, dalam menggambarkan perilaku elektron dalam kisi kristal. Baginya, massa formal bergantung pada arah gerak relatif terhadap sumbu kristal. Bergerak dalam satu arah, itu akan menunjukkan satu varians (hamburan), di sisi lain - yang lain. Konsep massa efektif diperkenalkan untuk mereka karena jika tidak, ketika menggambarkan hamburan mereka dengan rumus, massa akan mulai bergantung pada energi, yang sangat tidak nyaman untuk perhitungan. Contoh massa efektif negatif adalah perilaku lubang di semikonduktor, yang harus dihadapi oleh setiap pengguna elektronik modern.

Sebagian besar media, termasuk media Rusia, menafsirkan eksperimen tersebut sebagai menciptakan zat dengan massa negatif. Secara teori, materi dengan sifat serupa dapat digunakan untuk menjaga agar lubang cacing tetap berfungsi, memungkinkan perjalanan jarak jauh dalam ruang dan waktu dalam waktu mendekati nol. Kemungkinan praktis untuk menciptakan zat seperti itu, serta lubang cacing itu sendiri, belum terbukti. Bahkan jika mungkin, tidak realistis untuk mendapatkannya dengan kemampuan teknis modern umat manusia.

Direkomendasikan untuk menonton pada resolusi 1280 x 800

"Teknik-pemuda", 1990, No. 10, hal. 16-18.

Dipindai oleh Igor Stepikin

Tribun hipotesis berani

Ponkrat BORISOV, insinyur
Massa Negatif: Penerbangan Gratis ke Infinity

Artikel tentang topik ini telah muncul di jurnal fisika asing dan Soviet dari waktu ke waktu selama lebih dari 30 tahun. Tapi anehnya, mereka sepertinya masih belum menarik perhatian para pempopuler. Tapi masalahnya massa negatif, dan bahkan secara ketat pengaturan ilmiah- hadiah yang bagus untuk pecinta paradoks fisika modern, dan penulis fiksi ilmiah. Tapi begitulah propertinya sastra khusus: sensasi di dalamnya bisa tetap tersembunyi selama beberapa dekade ...

Jadi, kita sedang berbicara tentang bentuk materi hipotetis, yang massanya berlawanan tanda dengan yang biasa. Pertanyaan segera muncul: apa artinya ini sebenarnya? Dan segera menjadi jelas: tidak mudah mendefinisikan konsep massa negatif dengan benar.

Tidak diragukan lagi, ia harus memiliki sifat tolakan gravitasi. Tapi ternyata ini saja tidak cukup. PADA fisika modern empat jenis massa dibedakan secara ketat:

gravitasi aktif - yang menarik (jika positif, tentu saja);

gravitasi pasif - yang tertarik;

inert, yang memperoleh akselerasi tertentu di bawah aksi gaya yang diterapkan (a \u003d F / m);

akhirnya, massa diam Einstein, yang menentukan energi total tubuh (E = mC 2).

Dalam kerangka teori yang diterima secara umum, semuanya sama besarnya. Tetapi perlu untuk membedakan di antara mereka, dan ini menjadi jelas ketika mencoba menentukan massa negatif. Faktanya adalah bahwa itu akan sepenuhnya berlawanan dengan yang biasa hanya jika keempat jenisnya menjadi negatif.

Berdasarkan pendekatan ini, dalam artikel pertama tentang topik ini, yang diterbitkan pada tahun 1957, fisikawan Inggris X. Bondy menentukan sifat dasar "minus-massa" dengan pembuktian yang ketat.

Bahkan mungkin tidak terlalu sulit untuk mengulanginya di sini, karena mereka hanya didasarkan pada mekanika Newton. Tapi ini akan mengacaukan cerita kita, dan kemudian ada banyak "kehalusan" fisik dan matematika. Karena itu, mari kita langsung ke hasilnya, terutama karena mereka cukup jelas.

Pertama, "materi minus" harus secara gravitasi menolak benda lain, yaitu, tidak hanya dengan massa negatif, tetapi juga dengan massa positif (sedangkan materi biasa, sebaliknya, selalu menarik materi dari kedua jenis). Selanjutnya, di bawah aksi gaya apa pun, hingga gaya inersia, ia harus bergerak ke arah vektor berlawanan kekuatan ini. Dan akhirnya, energi Einstein totalnya juga harus negatif.

Oleh karena itu, omong-omong, harus ditekankan bahwa hal yang luar biasa- bukan antimateri, yang massanya masih dianggap positif. Misalnya, oleh ide-ide modern, "Anti-Bumi" dari antimateri akan berputar mengelilingi Matahari pada orbit yang persis sama dengan planet asal kita.

Semua ini hampir jelas. Tapi kemudian yang luar biasa dimulai.

Mari kita ambil gravitasi yang sama. Jika dua benda biasa menarik dan mendekati satu sama lain, dan dua antimassa saling tolak-menolak dan berhamburan, lalu apa yang terjadi selama interaksi gravitasi dari massa-massa yang berbeda tanda?

Biarlah kasus paling sederhana: sebuah benda (misalnya, bola) yang terbuat dari materi dengan massa negatif -M berada di belakang sebuah objek (sebut saja "roket" - sekarang kita akan mencari tahu alasannya) dengan massa positif yang sama +M. Jelas bahwa medan gravitasi bola menolak roket, sementara itu sendiri menarik bola. Tetapi dari sini (ini sekali lagi dibuktikan dengan ketat) bahwa seluruh sistem akan bergerak sepanjang garis lurus yang menghubungkan pusat-pusat dua massa, dengan percepatan konstan, sebanding dengan kekuatan interaksi gravitasi di antara mereka!

Tentu saja, pada pandangan pertama, gambaran gerakan spontan tanpa sebab ini "membuktikan" hanya satu hal: antimassa dengan sifat-sifat yang kita kaitkan dengannya dalam definisi sejak awal tidak mungkin ada. Bagaimanapun, kami telah menerima, tampaknya, sejumlah besar pelanggaran terhadap undang-undang yang paling tidak dapat diubah.

Nah, bukankah hukum kekekalan momentum, misalnya, dilanggar secara terang-terangan di sini? Kedua tubuh, tanpa alasan sama sekali, bergegas ke arah yang sama, sementara tidak ada yang bergerak ke arah yang berlawanan. Tapi ingat bahwa salah satu massa negatif! Tetapi ini berarti bahwa impulsnya, berapa pun kecepatannya, memiliki tanda minus: (-M) V, dan kemudian impuls total sistem dua tubuh masih nol!

Hal yang sama berlaku untuk energi kinetik total sistem. Saat tubuh diam, itu sama dengan nol. Tetapi tidak peduli seberapa cepat mereka bergerak, tidak ada yang berubah: massa negatif bola, sesuai dengan rumus (-M)V 2 /2, mengakumulasi negatif energi kinetik, yang secara tepat mengkompensasi peningkatan energi positif roket.

Jika semua ini tampak tidak masuk akal, maka mungkin kita akan "menghancurkan irisan dengan irisan" - mari kita coba mengkonfirmasi satu absurditas dengan yang lain? Sejak kelas enam, kita tahu bahwa pusat massa titik yang sama (positif, tentu saja) ada di tengah di antara mereka. Jadi - bagaimana Anda ingin output berikut? Pusat massa titik yang sama TANDA BERBEDA terletak, meskipun pada garis lurus yang melewatinya, tetapi tidak di dalam, tetapi di LUAR segmen yang menghubungkannya, pada titik ±Ґ ?!

Nah, apakah lebih mudah?

Omong-omong, kesimpulan ini sudah cukup mendasar, dan setiap orang dapat mengulanginya jika mereka mau, memiliki fisika pada tingkat kelas enam yang sama.

Siapa pun yang tidak percaya pada satu kata dan ingin memastikan bahwa semua perhitungannya benar dapat merujuk ke salah satu dari publikasi terbaru tentang topik ini - artikel fisikawan Amerika R. Maju "Mesin roket pada substansi massa negatif", diterbitkan dalam majalah yang diterjemahkan " Teknik Dirgantara» Nomor 4 tahun 1990.

Tapi, mungkin, pembaca yang mahir berpikir bahwa bahkan tanpa perhitungan apa pun dia mengerti di mana "linden" itu diselipkan padanya? Memang: dalam semua argumen yang elegan ini, pertanyaannya ditutup-tutupi: dari mana datangnya massa yang begitu indah? Lagi pula, apa pun asalnya, akan membutuhkan energi untuk "mengekstrak", "memproduksi" atau, katakanlah, mengirimkannya ke tempat aksi, yang berarti ...

Aduh, pembaca yang canggih! Energi, tentu saja, akan dibutuhkan, tetapi sekali lagi negatif. Tidak ada yang bisa dilakukan: dalam rumus Einstein untuk energi total tubuh E = Ms 2, massa indah kita memiliki tanda minus yang sama. Ini berarti bahwa "produksi" dari sepasang benda dengan massa SAMA dari tanda-tanda BERBEDA akan membutuhkan energi total NOL. Hal yang sama berlaku untuk pengiriman, dan manipulasi lainnya.

Tidak - tidak peduli betapa paradoksnya semua hasil ini, kesimpulan tegas menyatakan bahwa kehadiran antimassa tidak hanya bertentangan dengan mekanika Newton, tetapi juga teori umum relativitas. Tidak mungkin menemukan larangan logis tentang keberadaannya.

Nah - jika teorinya "mengizinkan", maka mari kita pikirkan, misalnya, - apa yang bisa terjadi ketika kontak fisik dua partikel materi yang identik dengan massa plus dan minus? Dengan antimateri "biasa", semuanya menjadi jelas: pemusnahan akan terjadi dengan pelepasan energi total kedua benda. Tetapi jika salah satu dari dua massa yang sama negatif, maka energi totalnya, seperti yang baru saja kita pahami, adalah nol. Tetapi APA yang akan terjadi pada mereka dalam kenyataan - ini sudah merupakan pertanyaan yang melampaui teori.

Hasil dari peristiwa semacam itu hanya bisa diketahui secara empiris. Mustahil untuk "menghitungnya" - lagi pula, kami tidak tahu tentang "mekanisme aksi" massa negatif, " pengaturan internal”(karena, bagaimanapun, kita tidak tahu ini tentang massa yang biasa). Secara teoritis, satu hal yang jelas: bagaimanapun, energi total sistem akan tetap nol. Kami hanya berhak mengajukan HIPOTESIS, seperti halnya Forward yang sama. Menurut asumsinya, interaksi fisik di sini itu tidak mengarah pada pemusnahan, tetapi pada apa yang disebut "pembatalan", yaitu, pemusnahan partikel yang "diam-diam", hilangnya mereka tanpa pelepasan energi.

Tapi, kami ulangi, hanya eksperimen yang bisa mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis ini.

Untuk alasan yang sama, kita tidak tahu apa-apa tentang bagaimana "membuat" massa negatif (jika memungkinkan). Teori hanya menyatakan bahwa massa yang sama tanda berlawanan pada prinsipnya, mereka dapat muncul tanpa biaya energi. Dan begitu sepasang benda itu muncul, ia akan terbang, berakselerasi, dalam garis lurus hingga tak terbatas...

R. Forward dalam artikelnya telah "merancang" mesin massa negatif yang dapat membawa kita ke titik mana pun di Semesta dengan percepatan apa pun yang kita tetapkan. Ternyata semua yang diperlukan untuk ini adalah ... sepasang pegas yang baik (semua interaksi "minus-massa" dengan yang biasa melalui gaya elastis, tentu saja, juga dihitung secara rinci).

Jadi, mari kita tempatkan massa kita yang luar biasa, yang ukurannya sama dengan massa roket, di tengah "kompartemen mesin" -nya. Jika Anda perlu terbang ke depan, regangkan pegas dari dinding belakang dan kaitkan tubuh massa negatifnya. Segera karena "sesat" mereka sifat inersia itu tidak akan terburu-buru di mana ia ditarik, tetapi lurus ke depan berlawanan arah, menyeret roket bersama dengan percepatan yang sebanding dengan gaya tegangan pegas.

Untuk menghentikan akselerasi, cukup melepas pegas. Dan untuk memperlambat dan menghentikan kapal, Anda perlu menggunakan pegas kedua yang dipasang di dinding depan kompartemen mesin.

Namun ada sanggahan sebagian dari "mesin bebas"! Benar, itu datang dari sisi yang sama sekali tidak terduga. Tapi lebih tentang itu pada akhirnya.

Sementara itu, mari kita cari tempat di mana mungkin ada massa negatif dalam jumlah besar. Tempat-tempat seperti itu disarankan oleh rongga raksasa yang ditemukan pada peta tiga dimensi skala besar dari distribusi galaksi di Semesta - fenomena yang paling menarik dalam dirinya sendiri. Seperti yang dapat dilihat dari gambar. 2, dimensi rongga-rongga ini, yang juga disebut "gelembung", adalah sekitar 100 juta tahun cahaya (sedangkan dimensi Galaksi kita sekitar 0,06 juta tahun cahaya). Jadi, pada skala terbesar, Alam Semesta memiliki struktur "berbusa".

Batas-batas gelembung ditandai dengan jelas oleh kelompok jumlah yang besar galaksi. Praktis tidak ada gelembung di dalamnya, dan jika ditemukan di sana, maka ini adalah benda yang sangat tidak biasa. Mereka dicirikan oleh spektrum radiasi frekuensi tinggi yang kuat. Sekarang diyakini bahwa gelembung tersebut mengandung galaksi "gagal" atau awan gas hidrogen biasa.

Tetapi apakah mungkin untuk berasumsi bahwa struktur "berbusa" Alam Semesta adalah hasil pembentukannya dari jumlah partikel yang sama dari massa negatif dan positif? Omong-omong, konsekuensi yang sangat menarik mengikuti dari penjelasan seperti itu: massa total Semesta selalu dan tetap nol. Maka gelembungnya adalah tempat-tempat alami untuk massa-minus, partikel-partikelnya cenderung menyebar sejauh mungkin satu sama lain. Dan massa positif didorong ke permukaan gelembung, di mana, di bawah pengaruh gaya gravitasi, ia membentuk galaksi dan bintang. Di sini kita dapat mengingat artikel oleh A. A. Baranov, yang muncul kembali pada tahun 1971 di No. 11 jurnal Izvestia Vuzov. Fisika". Ini mempertimbangkan model kosmologis Semesta dengan partikel yang memiliki massa dari kedua tanda. Dengan menggunakan model ini, penulis menjelaskan perkiraan eksperimental konstanta kosmologis dan pergeseran merah Hubble, serta beberapa fenomena anomali diamati dalam interaksi galaksi.

Tanda lain yang mungkin jumlah besar massa negatif - keberadaan "arus" yang sangat cepat dalam struktur alam semesta skala besar. Jadi, superkluster yang berisi Galaksi kita "mengalir" dengan kecepatan 600 km/s relatif terhadap latar belakang saat diam. radiasi peninggalan. Kecepatan seperti itu tidak sesuai dengan kerangka teori pembentukan galaksi dari materi gelap dingin. R. Forward mengusulkan untuk mencoba menjelaskan fenomena ini dengan mempertimbangkan tolakan kolektif superkluster dari gelembung yang mengandung massa negatif.

Jadi, materi negatif hanya bisa menyebar. Tapi ini, ternyata, adalah sanggahan sebagian dari banyak kesimpulan yang dibahas. Lagi pula, sifat tolakan gravitasi partikel materi, apa pun sifatnya, pasti mengarah pada fakta bahwa partikel-partikel ini tidak dapat bersatu di bawah pengaruh gaya gravitasi. Selain itu, karena partikel bermassa negatif di bawah aksi gaya apa pun bergerak ke arah yang berlawanan dengan vektor gaya ini, maka interaksi antar atom biasa tidak dapat mengikat partikel tersebut menjadi benda "normal".

Tapi kami berharap pembaca tetap menerima semua argumen ini ...

Fisikawan di University of Washington telah menciptakan cairan dengan massa negatif. Dorong, dan tidak seperti semua benda fisik di dunia yang kita ketahui, itu tidak berakselerasi ke arah dorongan. Dia mempercepat menjadi sisi sebaliknya. Fenomena ini jarang dibuat di laboratorium dan dapat digunakan untuk mengeksplorasi beberapa konsep yang lebih kompleks tentang kosmos, kata Michael Forbes, associate professor, fisikawan, dan astronom di University of Washington. Studi ini muncul di Physical Review Letters.

Secara hipotetis, materi dapat memiliki massa negatif dalam arti yang sama bahwa muatan listrik bisa negatif dan positif. Orang jarang memikirkannya, dan dunia kita sehari-hari hanya menunjukkan aspek positif dari Hukum Gerak Kedua Isaac Newton, yang menyatakan bahwa gaya yang bekerja pada benda sama dengan produk massa benda dan percepatan yang diberikan oleh gaya ini. , atau F = ma.

Dengan kata lain, jika Anda mendorong suatu benda, itu akan mempercepat ke arah dorongan Anda. Massa akan mempercepatnya ke arah gaya.

“Kami sudah terbiasa dengan keadaan ini,” kata Forbes, mengantisipasi kejutan. "Dengan massa negatif, jika Anda mendorong sesuatu, itu akan mempercepat ke arah Anda."

Syarat massa negatif

Bersama dengan rekan-rekannya, ia menciptakan kondisi untuk massa negatif dengan mendinginkan atom rubidium ke keadaan hampir nol mutlak dan dengan demikian menciptakan kondensat Bose-Einstein. Dalam keadaan ini, diprediksi oleh Shatyendranath Bose dan Albert Einstein, partikel bergerak sangat lambat dan, mengikuti prinsip mekanika kuantum berperilaku seperti gelombang. Mereka juga menyinkronkan dan bergerak serempak sebagai superfluida yang mengalir tanpa kehilangan energi.

Dipimpin oleh Peter Engels, seorang profesor fisika dan astronomi di University of Washington, para ilmuwan di lantai enam Webster Hall menciptakan kondisi ini dengan menggunakan laser untuk memperlambat partikel, membuatnya lebih dingin dan memungkinkan partikel panas berenergi tinggi keluar seperti uap, mendinginkan bahan lebih jauh.

Laser menangkap atom seolah-olah mereka berada dalam mangkuk berukuran kurang dari seratus mikron. Pada tahap ini, rubidium superfluida memiliki massa yang biasa. Pecahnya mangkuk memungkinkan rubidium keluar, mengembang saat rubidium di tengah dipaksa keluar.

Untuk menciptakan massa negatif, para ilmuwan menggunakan set laser kedua yang mendorong atom bolak-balik, mengubah putarannya. Sekarang, ketika rubidium habis cukup cepat, ia berperilaku seperti memiliki massa negatif. "Dorong dan itu akan berakselerasi menjadi arah sebaliknya Forbes mengatakan. "Ini seperti rubidium yang menabrak dinding tak terlihat."

Penghapusan cacat utama

Metode yang digunakan oleh para ilmuwan Universitas Washington menghindari beberapa kelemahan utama yang ditemukan dalam upaya sebelumnya untuk memahami massa negatif.

"Hal pertama yang kami sadari adalah bahwa kami memiliki kontrol ketat atas sifat massa negatif ini tanpa komplikasi lain," kata Forbes. Studi mereka menjelaskan, sudah dari posisi massa negatif, perilaku serupa di sistem lain. Peningkatan kontrol memberi peneliti alat baru untuk mengembangkan eksperimen untuk mempelajari fisika serupa dalam astrofisika, menggunakan contoh bintang neutron, dan fenomena kosmologis seperti lubang hitam dan energi gelap, di mana eksperimen sama sekali tidak mungkin dilakukan.

Ilmuwan dari Amerika Serikat mengklaim telah menciptakan zat dengan massa negatif di laboratorium. Zat ini adalah cairan dengan sangat sifat yang tidak biasa. Misalnya, jika Anda mendorong cairan ini, maka ia akan menerima percepatan negatif, yaitu mundur, bukan maju. Keanehan seperti itu setidaknya bisa memberi tahu banyak ilmuwan tentang apa yang terjadi di dalam benda-benda aneh seperti lubang hitam dan bintang neutron.
Namun, dapatkah sesuatu memiliki massa negatif? Apa itu mungkin?

Secara teoritis, materi dapat memiliki massa negatif dengan cara yang sama seperti muatan listrik dapat memiliki nilai negatif atau positif.

Di atas kertas, ini berhasil, tetapi ada perdebatan sengit di dunia sains tentang apakah asumsi keberadaan sesuatu dengan massa negatif itu melanggar hukum dasar fisika. Untuk kita, orang biasa, konsep ini tampaknya terlalu rumit untuk dipahami.

hukum diferensial gerakan mekanis atau, lebih sederhana, hukum kedua Newton dinyatakan dengan rumus A=F/M. Artinya, percepatan benda sama dengan rasio gaya yang diterapkan padanya dengan massa benda. Jika Anda mengatur arti negatif massa, maka tubuh, secara logis, akan menerima percepatan negatif. Bayangkan saja, Anda memukul bola, dan bola itu menggelinding di kaki Anda.

Namun, apa yang tampak asing bagi kita bukanlah hal yang mustahil, dan latihan teoretis di atas adalah cara terbaik untuk membuktikan bahwa massa negatif dapat eksis di Semesta kita tanpa melanggar teori relativitas umum.

Keinginan untuk memahami semua ini memunculkan upaya aktif oleh para peneliti untuk menciptakan kembali massa negatif di laboratorium, seperti yang kita lihat, bahkan dengan beberapa keberhasilan.

Ilmuwan dari University of Washington mengatakan mereka telah berhasil mendapatkan cairan yang berperilaku persis seperti yang seharusnya dilakukan benda dengan massa negatif. Dan penemuan mereka akhirnya dapat digunakan untuk mempelajari beberapa fenomena aneh di kedalaman alam semesta.

Untuk membuat cairan aneh ini, para ilmuwan menggunakan laser untuk mendinginkan atom rubidium hingga mendekati nol mutlak, menciptakan apa yang disebut kondensat Bose-Einstein.

Dalam keadaan ini, partikel bergerak sangat lambat dan aneh, mengikuti prinsip aneh mekanika kuantum daripada fisika klasik, yaitu, mereka mulai berperilaku seperti gelombang.

Partikel-partikel tersebut juga sinkron dan bergerak serempak, membentuk zat superfluida yang dapat bergerak tanpa kehilangan energi melalui gesekan.
Para ilmuwan telah menggunakan laser untuk membuat superfluida suhu rendah, serta untuk menempatkannya di bidang berbentuk mangkuk berukuran kurang dari 100 mikron.

Selama supermateri tetap ditempatkan di ruang ini, ia memiliki massa biasa dan cukup konsisten dengan konsep kondensat Bose-Einstein. Hingga ia terpaksa pindah.

Menggunakan set laser kedua, para ilmuwan memaksa atom untuk bergerak maju mundur, akibatnya putarannya berubah dan rubidium, setelah mengatasi penghalang "mangkuk", dengan cepat memercik. Namun, seolah-olah memiliki massa negatif. Menurut para ilmuwan, kesannya sedemikian rupa sehingga cairan itu tersandung pada penghalang tak terlihat dan ditolak darinya.

Dengan demikian, para peneliti mengkonfirmasi asumsi tentang keberadaan massa negatif, tetapi ini hanyalah awal dari perjalanan. Masih harus dilihat apakah perilaku fluida dalam kondisi laboratorium dapat diulang dan cukup andal untuk menguji beberapa asumsi tentang massa negatif. Jadi, jangan bersukacita sebelumnya, tim lain perlu mengulangi hasilnya sendiri.

Satu hal yang pasti, fisika semakin menarik dan layak untuk dipelajari.

1. Mengapa waktu hanya mengalir ke depan. Fisikawan Jelaskan "Waktu adalah apa yang membuat segala sesuatu tidak terjadi sekaligus," tulis Ray Cummings dalam novel fiksi ilmiahnya tahun 1922...
2. Lubang Cacing, Lubang Cacing, dan Perjalanan Waktu Lubang cacing adalah lintasan teoretis melalui ruang-waktu yang dapat sangat mengurangi perjalanan jarak jauh di seluruh alam semesta dengan membuat jalan pintas...

Ahli astrofisika Inggris Jamie Farnes mengusulkan model kosmologis, di mana massa negatif dihasilkan dengan kecepatan tetap sepanjang evolusi alam semesta. Model ini bertentangan dengan pandangan yang diterima secara umum tentang sifat materi, namun, model ini menjelaskan dengan baik sebagian besar efek yang biasanya dikaitkan dengan materi gelap dan energi gelap, khususnya, perluasan Alam Semesta, pembentukan struktur skala besar. alam semesta dan halo galaksi, kurva rotasi galaksi dan spektrum yang diamati dari radiasi latar gelombang mikro kosmik. Artikel diterbitkan di Astronomi & Astrofisika, pracetak karya tersedia di arXiv.org.

Saat ini, sebagian besar kosmolog percaya bahwa evolusi Alam Semesta dijelaskan oleh model CDM. Menurut model ini, sekitar 70 persen massa alam semesta adalah energi gelap, 25 persen adalah materi gelap dingin (yaitu, materi yang partikelnya bergerak lambat), dan hanya 5 persen sisanya adalah materi barionik yang kita kenal. Para ilmuwan telah menentukan rasio ini dengan menganalisis harmonik dalam pola radiasi latar belakang. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang mengukur "komposisi" Semesta di artikel Boris Stern tentang satelit WMAP dan Planck, yang memberikan kontribusi utama untuk pekerjaan ini.

Sayangnya, para ilmuwan memiliki pemahaman yang buruk tentang apa itu materi gelap dan energi gelap. Tak satu pun dari eksperimen ultra-presisi untuk mencari partikel materi gelap yang diprediksi oleh sejumlah model teoretis(misalnya SUSY) tidak pernah dites positif. Saat ini, penampang hamburan untuk partikel biasa dan partikel "gelap" dengan massa dari 6 hingga 200 megaelektronvolt berada di urutan 10 47 sentimeter persegi, yang hampir menghilangkan partikel dalam rentang massa ini dan memaksa fisikawan untuk berkembang teori alternatif. Namun, materi gelap masih memanifestasikan dirinya melalui interaksi gravitasi, memodifikasi kurva rotasi galaksi dan gambar, tetapi karena para ilmuwan dari hipotesis ini.

Energi gelap bahkan lebih buruk. Satu-satunya pengamatan yang secara langsung mengkonfirmasi keberadaannya, terlepas dari analisis radiasi latar belakang, adalah percepatan ekspansi Semesta, diukur dengan (secara tidak langsung, energi gelap dikonfirmasi oleh rasio unsur kimia di alam semesta yang dapat diamati). Selain itu, fisikawan memiliki pemahaman yang buruk tentang apa itu energi gelap di Bumi. tingkat dasar . Tentu, secara kualitatif itu dapat dijelaskan menggunakan konstanta kosmologis (istilah lambda) di , tetapi metode ini tidak memberikan pengetahuan baru dan tidak memungkinkan seseorang untuk menetapkan apakah terdiri dari apa? energi gelap. Einstein menjelaskan aditif tersebut dengan bantuan partikel dengan massa negatif - dalam pendekatan ini, persamaan gerak menjadi simetris, seperti persamaan elektrodinamika, dan istilah lambda muncul sebagai konstanta integrasi, yang tidak mengandung arti fisik.

Materi dengan massa negatif adalah materi yang mengalami percepatan dalam arah yang berlawanan dengan gaya. Sebuah partikel dengan massa negatif menolak partikel dengan massa positif dan negatif, sedangkan partikel "positif" menarik partikel "negatif". Sayangnya, dalam kerangka model CDM, cara menggambarkan energi gelap ini jelas akan gagal. Faktanya adalah bahwa selama perluasan Semesta, kerapatan berbagai komponen berubah sesuai dengan hukum yang berbeda: kerapatan materi dingin turun, sedangkan kerapatan energi gelap tetap konstan. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk mengidentifikasi materi dengan massa negatif dan energi gelap.

Interaksi partikel dengan massa negatif: panah hitam menunjukkan gaya, panah merah menunjukkan percepatan

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Interaksi partikel dengan massa positif dan negatif: panah hitam menunjukkan gaya, panah merah menunjukkan percepatan

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Interaksi partikel dengan massa positif: panah hitam menunjukkan gaya, panah merah menunjukkan percepatan

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Namun, astrofisikawan Jamie Farnes mengklaim dia bisa menghubungkan ide Einstein dengan data pengamatan. Untuk melakukan ini, ia menggabungkan gagasan tentang massa negatif dengan gagasan kontra-intuitif lainnya tentang produksi massa yang kontinu dan seragam dalam volume alam semesta. Ide ini juga jauh dari baru, pertama kali diusulkan pada tahun 40-an abad terakhir.

Secara teoritis, proses seperti itu memang bisa terjadi dengan latar belakang yang kuat medan gravitasi(misalnya, dengan mengorbankan). Mempertimbangkan penambahan tensor momentum-energi standar untuk massa positif, fisikawan menulis dan memecahkan persamaan Friedmann, dan kemudian menghitung dengan hukum apa Semesta mengembang dalam model ini. Para ilmuwan tidak memperhitungkan kontribusi materi gelap biasa dan energi gelap. Akibatnya, ternyata hukum terkenal direproduksi jika massa negatif dihasilkan pada laju konstan = 3 H, di mana H adalah konstanta Hubble. Dalam hal ini, kerapatan massa negatif akan tetap konstan selama ekspansi, dan ini akan secara efektif memodelkan konstanta kosmologis. Dalam hal ini, laju ekspansi dan masa hidup Semesta adalah sama seperti pada model CDM.

Ahli astrofisika kemudian menghitung bagaimana massa negatif akan muncul pada skala yang lebih kecil. Untuk melakukan ini, ia memodelkan, dalam kerangka modelnya, interaksi sejumlah besar partikel massa positif dan negatif. Karena semua paket astrofisika yang ada tidak memperhitungkan modifikasi yang tidak biasa seperti itu, Farnes harus mengembangkan programnya sendiri. Untuk menghindari perkiraan selama perhitungan, peneliti menghitung koordinat dan kecepatan setiap partikel pada setiap saat - ini memungkinkan untuk meningkatkan keandalan prediksi, meskipun tuntutan program pada sumber daya komputasi tumbuh sebagai kuadrat dari jumlah partikel. Secara khusus, karena ini, ilmuwan harus membatasi dirinya untuk memodelkan 50 ribu partikel.

Menggunakan program yang dikembangkan, Farnes melihat beberapa efek yang secara tradisional dikaitkan dengan materi gelap. Pertama, ia memodelkan evolusi kelompok padat partikel bermassa positif yang terbenam dalam "lautan" partikel bermassa negatif. Sistem seperti itu harus secara kualitatif menggambarkan evolusi galaksi di tahap akhir perluasan Semesta, ketika partikel "negatif" secara signifikan menang atas "positif". Dalam masalah ini, ilmuwan memilih jumlah partikel "positif" N+= 5000, jumlah negatif N= 45000. Hasilnya, ia memperoleh distribusi densitas yang sesuai dengan data pengamatan - densitas partikel meningkat perlahan saat mendekati pusat galaksi dan bertepatan dengan profil Burkert. Ini memecahkan "masalah cuspy halo" yang terjadi pada model CDM.

Evolusi "galaksi" materi positif yang terbenam di "laut" hal negatif

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Profil massa galaksi dihitung oleh Farnes (biru) dan diamati dalam praktik (garis putus-putus merah muda)

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Kedua, dengan data awal yang sama, ilmuwan menghitung kurva rotasi galaksi dan menemukan bahwa itu juga bertepatan dengan data pengamatan. Sementara dalam model dengan partikel murni "positif", materi di tepi galaksi bergerak lebih lambat daripada di pusat, dalam model dengan dominasi partikel "negatif", kecepatannya kira-kira konstan.

Kurva rotasi galaksi yang terbenam dalam "laut" materi negatif (merah) dan galaksi "bebas" (hitam)

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Ketiga, Farnes menunjukkan itu dalam modelnya tentu saja sebuah struktur alam semesta berskala besar berserabut muncul: galaksi-galaksi bersatu menjadi gugus-gugus, gugus-gugus menjadi gugus-gugus super, dan gugus-gugus super menjadi rantai dan dinding. Untuk melakukan ini, dia menghitung evolusi sistem yang berisi nomor yang sama partikel "positif" dan "negatif". Karena keterbatasan daya komputasi yang tersedia, ilmuwan menyebutkan jumlah kedua jenis partikel N + = N= 25000. Seperti pada kasus sebelumnya, partikel "negatif" mengelilingi partikel materi biasa dan membentuk lingkaran cahaya, tetapi kali ini peneliti berhasil membedakan pola pada skala yang lebih besar yang menyerupai struktur Alam Semesta yang dapat diamati.

Struktur homogen Alam semesta di awal simulasi

Jamie Farnes / Astronomi & Astrofisika

Daftar untuk latihan. Sayangnya, dia tidak dapat melihat efek ini dalam simulasi dengan 50.000 partikel. Namun, ilmuwan berharap bahwa dalam simulasi yang lebih besar dengan satu juta partikel, proses seperti itu dapat diperhatikan, dan juga menyarankan bahwa mereka akan memungkinkan kita untuk mengkonfirmasi atau menyangkal teori baru.

Akhirnya, ilmuwan memeriksa seberapa banyak modifikasi yang diusulkan dari model CDM akan mendistorsi efek yang sebenarnya diamati - perluasan Semesta, diukur dengan lilin standar, latar belakang peninggalan dan pengamatan penggabungan gugus galaksi. Dalam semua kasus ini, ahli astrofisika menemukan bahwa hipotesisnya tidak bertentangan dengan data yang diamati. Namun, beberapa pertanyaan masih tetap terbuka - khususnya, tidak jelas bagaimana menghubungkan hipotesis semacam itu dengan Model Standar (dapatkah mekanisme Higgs menghasilkan massa negatif?), bagaimana mendeteksi partikel dengan massa negatif secara eksperimental, dan bagaimana menjelaskan kontradiksi antara tolakan partikel "negatif" dan teori. Namun, ilmuwan percaya bahwa semua masalah ini dapat diselesaikan dalam kerangka model baru.

Dengan demikian, model dengan produksi massa negatif yang konstan menjelaskan tidak hanya ekspansi Semesta yang diamati, tetapi juga pembentukan struktur skala besar, lingkaran cahaya materi gelap di sekitar galaksi dan kurva rotasi - sebagian besar efek yang biasanya dikaitkan dengan kegelapan. energi dan materi gelap. Anehnya, seperti secara intuitif tidak wajar hipotesis, yang bertentangan dengan pandangan materi yang diterima secara umum, cukup konsisten dengan data observasi. Selain itu, dia menawarkan untuk menjelaskannya lebih lanjut secara sederhana, melibatkan lebih sedikit entitas. Sebagai penulis sendiri menulis dalam kesimpulan, “Meskipun proposal ini murtad dan sesat, [artikel] menyarankan bahwa nilai negatif parameter ini, pada prinsipnya, dapat menjelaskan data pengamatan kosmologis, yang selalu ditafsirkan dalam kerangka asumsi yang masuk akal tentang massa positif.”

Terkadang fisikawan berkata cantik ide yang tidak biasa untuk menjelaskan kontradiksi yang diamati antara teori dan eksperimen. Misalnya, pada November tahun lalu, fisikawan teoretis Amerika Hooman Davoudiasl memperkenalkan kekuatan baru, yang dibawa oleh partikel skalar ultralight dan mengusir materi gelap dari Bumi. Asumsi ini menjelaskan dengan baik kegagalan semua eksperimen terestrial untuk mencari materi gelap - jika kekuatan seperti itu benar-benar ada, detektor, pada prinsipnya, tidak dapat mencatat apa pun. Sayangnya, pernyataan ini dapat diverifikasi dengan level saat ini pengembangan teknologi tidak dapat dilakukan.

Dmitry Trunin