ბრიტანელმა ასტროფიზიკოსმა ჯეიმი ფარნსმა შემოგვთავაზა კოსმოლოგიური მოდელი, რომელშიც წარმოიქმნება უარყოფითი მასა მუდმივი სიჩქარესამყაროს ევოლუციის განმავლობაში. ეს მოდელი ეწინააღმდეგება ზოგადად მიღებულ შეხედულებას მატერიის ბუნების შესახებ, მაგრამ ის კარგად ხსნის იმ ეფექტების უმეტესობას, რომლებიც ჩვეულებრივ მიეკუთვნება ბნელ მატერიას და ბნელ ენერგიას, კერძოდ, სამყაროს გაფართოებას, ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის ფორმირებას. სამყარო და გალაქტიკური ჰალო, გალაქტიკების ბრუნვის მრუდები და დაკვირვებული სპექტრი რელიქტური გამოსხივება. სტატია გამოქვეყნდა ქ ასტრონომია და ასტროფიზიკა, ნაშრომის წინასწარი ბეჭდვა ხელმისაწვდომია arXiv.org-ზე.
ამჟამად, კოსმოლოგთა უმეტესობა თვლის, რომ სამყაროს ევოლუცია აღწერილია ΛCDM მოდელით. ამ მოდელის მიხედვით, სამყაროს მასის დაახლოებით 70 პროცენტი ბნელი ენერგიაა, 25 პროცენტი ცივი ბნელი მატერიაა (ანუ მატერია, რომლის ნაწილაკები ნელა მოძრაობენ) და მხოლოდ დარჩენილი 5 პროცენტია ჩვენთვის ნაცნობი ბარიონული მატერია. მეცნიერებმა დაადგინეს ეს თანაფარდობა ფონური გამოსხივების ნიმუშში არსებული ჰარმონიების ანალიზით. სამყაროს „კომპოზიციის“ გაზომვის შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ ბორის სტერნის სტატიებში WMAP-ისა და პლანკის თანამგზავრების შესახებ, რომლებმაც მთავარი წვლილი შეიტანეს ამ საქმეში.
სამწუხაროდ, მეცნიერებს ცუდად ესმით რა არის ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია. არცერთი ულტრა ზუსტი ექსპერიმენტი ბნელი მატერიის ნაწილაკების მოსაძებნად არ იყო ნაწინასწარმეტყველები თეორიული მოდელები(მაგ. SUSY) არასოდეს ყოფილა დადებითი ტესტი. დღეისათვის, ჩვეულებრივი ნაწილაკებისა და 6-დან 200 მეგაელექტრონვოლტამდე მასის მქონე „ბნელი“ ნაწილაკების გაფანტვის ჯვარი არის 10-47-ის რიგით. კვადრატული სანტიმეტრი, რომელიც პრაქტიკულად გამორიცხავს ნაწილაკებს ამ მასის დიაპაზონში და აიძულებს ფიზიკოსებს განვითარებას ალტერნატიული თეორიები. თუმცა, ბნელი მატერია მაინც იჩენს თავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების გზით, ცვლის გალაქტიკების ბრუნვის მრუდებსა და სურათს და, შესაბამისად, ამ ჰიპოთეზის მეცნიერებს.
ბნელი ენერგია კიდევ უფრო უარესია. ერთადერთი დაკვირვება, რომელიც პირდაპირ ადასტურებს მის არსებობას, CMB-ის ანალიზის მიუხედავად, არის სამყაროს დაჩქარებული გაფართოება, რომელიც იზომება (ირიბად, ბნელი ენერგია დასტურდება თანაფარდობით ქიმიური ელემენტებიდაკვირვებად სამყაროში). უფრო მეტიც, ფიზიკოსებს ცუდად ესმით რა არის ბნელი ენერგია დედამიწაზე. ფუნდამენტური დონე . Რა თქმა უნდა, ხარისხობრივადმისი აღწერა შესაძლებელია კოსმოლოგიური მუდმივის (ლამბდა ტერმინი) გამოყენებით, მაგრამ ეს მეთოდი არ იძლევა ახალ ცოდნას და არ იძლევა იმის დადგენის საშუალებას რისგან შედგებაბნელი ენერგია. აინშტაინმა ახსნა ასეთი დანამატები უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკების დახმარებით - ამ მიდგომით, მოძრაობის განტოლებები ხდება სიმეტრიული, როგორც ელექტროდინამიკის განტოლებები, ხოლო ლამბდა ტერმინი ჩნდება ინტეგრაციის მუდმივად, რომელიც არ შეიცავს ფიზიკურ მნიშვნელობას.
უარყოფითი მასის მქონე მატერია არის მატერია, რომელიც აჩქარებს ძალის საპირისპირო მიმართულებით. უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკი მოგერიებს დადებითი და უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკებს, ხოლო "პოზიტიური" ნაწილაკები იზიდავს "უარყოფითს". სამწუხაროდ, ΛCDM მოდელის ფარგლებში, ბნელი ენერგიის აღწერის ეს გზა აშკარად განწირულია მარცხისთვის. ფაქტია, რომ სამყაროს გაფართოების დროს, სხვადასხვა კომპონენტის სიმკვრივე იცვლება სხვადასხვა კანონების მიხედვით: ცივი მატერიის სიმკვრივე ეცემა, ხოლო ბნელი ენერგიის სიმკვრივე მუდმივი რჩება. აქედან გამომდინარე, შეუძლებელია მატერიის იდენტიფიცირება უარყოფითი მასით და ბნელი ენერგიით.
ნაწილაკების ურთიერთქმედება უარყოფით მასასთან: შავი ისრები მიუთითებს ძალებზე, წითელი ისრები მიუთითებს აჩქარებებზე
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
ნაწილაკების ურთიერთქმედება დადებით და უარყოფით მასებთან: შავი ისრები მიუთითებს ძალებზე, წითელი ისრები მიუთითებს აჩქარებებზე.
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
ნაწილაკების ურთიერთქმედება დადებით მასასთან: შავი ისრები მიუთითებს ძალებზე, წითელი ისრები მიუთითებს აჩქარებაზე
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
თუმცა, ასტროფიზიკოსი ჯეიმი ფარნსი აცხადებს, რომ მან შეძლო აინშტაინის იდეის დაკავშირება დაკვირვების მონაცემებთან. ამისათვის მან გააერთიანა უარყოფითი მასის იდეა სხვა კონტრინტუიციურ იდეასთან სამყაროს მოცულობაში მასის უწყვეტი და ერთგვაროვანი წარმოების შესახებ. ეს იდეა ასევე შორს არის სიახლისგან, ის პირველად შემოგვთავაზეს გასული საუკუნის 40-იან წლებში.
თეორიულად, ასეთი პროცესები მართლაც შეიძლება მოხდეს ძლიერის ფონზე გრავიტაციული ველი(მაგალითად, ხარჯზე). დადებითი მასებისთვის ენერგიის იმპულსის ტენსორში ასეთი დამატებების გათვალისწინებით, ფიზიკოსმა დაწერა და ამოხსნა ფრიდმანის განტოლება და შემდეგ გამოითვალა რა კანონით ფართოვდება სამყარო ამ მოდელში. მეცნიერებმა არ გაითვალისწინეს ჩვეულებრივი ბნელი მატერიისა და ბნელი ენერგიის წვლილი. შედეგად, აღმოჩნდა, რომ ცნობილი კანონებიმრავლდება, თუ უარყოფითი მასა წარმოიქმნება მუდმივი სიჩქარით Γ = −3 ჰ, სად ჰარის ჰაბლის მუდმივი. ამ შემთხვევაში, გაფართოების დროს უარყოფითი მასის სიმკვრივე მუდმივი დარჩება და ის ეფექტურად მოახდენს კოსმოლოგიურ მუდმივას მოდელირებას. ამ შემთხვევაში, სამყაროს გაფართოების სიჩქარე და სიცოცხლის ხანგრძლივობა იგივეა, რაც ΛCDM მოდელში.
შემდეგ ასტროფიზიკოსმა გამოთვალა, თუ როგორ გამოჩნდებოდა უარყოფითი მასა მცირე მასშტაბებზე. ამისათვის მან მოახდინა ინტერაქციის მოდელირება, მისი მოდელის ფარგლებში დიდი რიცხვიდადებითი და უარყოფითი მასის ნაწილაკები. ვინაიდან ყველა არსებული ასტროფიზიკური პაკეტი არ ითვალისწინებს ასეთ უჩვეულო მოდიფიკაციებს, ფარნესს მოუწია საკუთარი პროგრამის შემუშავება. გამოთვლების მსვლელობისას რაიმე მიახლოების თავიდან ასაცილებლად, მკვლევარმა გამოთვალა თითოეული ნაწილაკების კოორდინატები და სიჩქარე დროის თითოეულ მომენტში - ამან შესაძლებელი გახადა პროგნოზების სანდოობის გაზრდა, თუმცა პროგრამის მოთხოვნები გამოთვლით რესურსებზე იზრდებოდა როგორც კვადრატის კვადრატი. ნაწილაკების რაოდენობა. კერძოდ, ამის გამო მეცნიერს მოუხდა 50 ათასი ნაწილაკების მოდელირებით შემოზღუდვა.
შემუშავებული პროგრამის გამოყენებით ფარნესმა დაინახა რამდენიმე ეფექტი, რომელიც ტრადიციულად ბნელ მატერიას მიეკუთვნებოდა. პირველ რიგში, მან მოდელირება მოახდინა დადებითი მასის ნაწილაკების მკვრივი ჯგუფის ევოლუციაზე, რომელიც ჩაეფლო უარყოფითი მასის ნაწილაკების „ზღვაში“. ასეთმა სისტემამ ხარისხობრივად უნდა აღწეროს გალაქტიკების ევოლუცია გვიანი ეტაპებისამყაროს გაფართოება, როდესაც "უარყოფითი" ნაწილაკები მნიშვნელოვნად ჭარბობენ "პოზიტიურს". ამ პრობლემაში მეცნიერმა აირჩია „პოზიტიური“ ნაწილაკების რაოდენობა ნ+= 5000, უარყოფითის რაოდენობა ნ− = 45000. შედეგად, მან მიიღო სიმკვრივის განაწილება, რომელიც კარგად შეესაბამება დაკვირვების მონაცემებს - ნაწილაკების სიმკვრივე ნელ-ნელა იზრდება გალაქტიკის ცენტრთან მიახლოებისას და ემთხვევა ბურკერტის პროფილს. ეს წყვეტს "cuspy halo პრობლემას", რომელიც ჩნდება ΛCDM მოდელში.
უარყოფითი მატერიის „ზღვაში“ ჩაძირული დადებითი მატერიის „გალაქტიკის“ ევოლუცია
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
გალაქტიკის მასის პროფილი გამოითვლება ფარნესის (ლურჯი) მიერ და დაკვირვებული პრაქტიკაში (ვარდისფერი წერტილოვანი ხაზი)
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
მეორეც, იგივე საწყისი მონაცემებით, მეცნიერმა გამოთვალა გალაქტიკის ბრუნვის მრუდი და დაადგინა, რომ ის ასევე კარგად ემთხვევა დაკვირვების მონაცემებს. მაშინ, როცა მოდელში წმინდა "პოზიტიური" ნაწილაკებით, გალაქტიკის კიდეზე მატერია უფრო ნელა მოძრაობს, ვიდრე ცენტრში, მოდელში "ნეგატიური" ნაწილაკების უპირატესობით სიჩქარე დაახლოებით მუდმივია.
გალაქტიკის ბრუნვის მრუდი, რომელიც ჩაეფლო უარყოფითი მატერიის "ზღვაში" (წითელი) და "თავისუფალი" გალაქტიკა (შავი)
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
მესამე, ფარნესმა აჩვენა ეს თავის მოდელში ბუნებრივადწარმოიქმნება სამყაროს ძაფისებრი ფართომასშტაბიანი სტრუქტურა: გალაქტიკები გაერთიანებულია გროვად, გროვა სუპერგროვად და სუპერგროვები ჯაჭვებად და კედლებად. ამისათვის მან გამოთვალა სისტემის ევოლუცია, რომელიც შეიცავს იგივე ნომერი"დადებითი" და "უარყოფითი" ნაწილაკები. ხელმისაწვდომი გამოთვლითი სიმძლავრის შეზღუდვის გამო, მეცნიერმა დაადგინა ორივე სახის ნაწილაკების რაოდენობა ნ + = ნ− = 25000. როგორც წინა შემთხვევაში, "უარყოფითი" ნაწილაკები გარს ახვევდნენ ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილაკებს და ქმნიდნენ ჰალოებს, მაგრამ ამჯერად მკვლევარმა მოახერხა უფრო დიდი მასშტაბების ნიმუშების გარჩევა, რომლებიც დაკვირვებადი სამყაროს სტრუქტურას ჰგავდა.
ერთგვაროვანი სტრუქტურასამყარო სიმულაციის დასაწყისში
ჯეიმი ფარნსი / ასტრონომია და ასტროფიზიკა
დარეგისტრირდით პრაქტიკისთვის. სამწუხაროდ, მან ვერ დაინახა ეს ეფექტი 50000 ნაწილაკების სიმულაციაში. თუმცა, მეცნიერი იმედოვნებს, რომ მილიონ ნაწილაკთან უფრო დიდ სიმულაციებში ასეთი პროცესების შემჩნევა შეიძლება და ასევე ვარაუდობს, რომ ისინი საშუალებას მოგვცემს დავამტკიცოთ ან უარვყოთ ახალი თეორია.
დაბოლოს, მეცნიერმა შეამოწმა, რამდენად დაამახინჯებს ΛCDM მოდელის შემოთავაზებული მოდიფიკაცია რეალურად დაკვირვებულ ეფექტებს - სამყაროს გაფართოებას, რომელიც იზომება სტანდარტული სანთლებით, რელიქტური ფონი და გალაქტიკათა გროვების შერწყმის დაკვირვებები. ყველა ამ შემთხვევაში ასტროფიზიკოსმა აღმოაჩინა, რომ მისი ჰიპოთეზა არ ეწინააღმდეგებოდა დაკვირვებულ მონაცემებს. თუმცა, საკმაოდ ბევრი კითხვა კვლავ ღია რჩება - კერძოდ, გაუგებარია, როგორ დავაკავშიროთ ასეთი ჰიპოთეზა სტანდარტულ მოდელთან (შეუძლია თუ არა ჰიგსის მექანიზმს უარყოფითი მასების წარმოქმნა?), როგორ ექსპერიმენტულად დაარეგისტრიროთ უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკები და როგორ. ახსნას წინააღმდეგობები „უარყოფითი“ ნაწილაკების მოგერიებასა და თეორიას შორის. თუმცა მეცნიერს მიაჩნია, რომ ყველა ეს პრობლემა ახალი მოდელის ფარგლებში გადაიჭრება.
ამრიგად, ნეგატიური მასის მუდმივი წარმოების მოდელი ხსნის არა მხოლოდ სამყაროს დაკვირვებულ გაფართოებას, არამედ მისი ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის, ბნელი მატერიის ჰალოების წარმოქმნას გალაქტიკების ირგვლივ და ბრუნვის მოსახვევებში - ეფექტების უმეტესობა, რომელიც ჩვეულებრივ სიბნელეს მიეკუთვნება. ენერგია და ბნელი მატერია. უცნაურად საკმარისია, ასეთი ინტუიციურად არაბუნებრივიჰიპოთეზა, რომელიც ეწინააღმდეგება მატერიის საყოველთაოდ მიღებულ შეხედულებას, საკმაოდ თანმიმდევრულიდაკვირვების მონაცემებით. უფრო მეტიც, ის სთავაზობს მათ უფრო ახსნას მარტივი გზით, რომელიც მოიცავს ნაკლებ სუბიექტებს. როგორც თავად ავტორი წერს დასკვნაში, „მიუხედავად იმისა, რომ ეს წინადადება განდგომილი და ერეტიკულია, [სტატია] ვარაუდობდა, რომ უარყოფითი მნიშვნელობებიამ პარამეტრებს, პრინციპში, შეუძლიათ ახსნან კოსმოლოგიური დაკვირვების მონაცემები, რომლებიც ყოველთვის განიმარტება დადებითი მასის გონივრული ვარაუდის ფარგლებში“.
ზოგჯერ ფიზიკოსები ამბობენ, რომ ლამაზია უჩვეულო იდეებითეორიასა და ექსპერიმენტს შორის დაფიქსირებული წინააღმდეგობების ახსნა. მაგალითად, გასული წლის ნოემბერში ამერიკელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ჰუმან დავუდიასლმა გააცნო ახალი ძალა, რომელსაც ატარებს ულტრამსუბუქი სკალარული ნაწილაკი და აცილებს ბნელ მატერიას დედამიწიდან. ეს ვარაუდი კარგად ხსნის ყველა ხმელეთის ექსპერიმენტის წარუმატებლობას ბნელი მატერიის ძიებაში - თუ ასეთი ძალა ნამდვილად არსებობს, დეტექტორები, პრინციპში, ვერაფერს დაარეგისტრირებდნენ. სამწუხაროდ, ამ მტკიცების გადამოწმება შესაძლებელია მიმდინარე დონეტექნოლოგიის განვითარება შეუძლებელია.
დიმიტრი ტრუნინი
ამერიკელი მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ ლაბორატორიაში უარყოფითი მასის მქონე ნივთიერება შექმნეს. ეს ნივთიერება არის თხევადი ძალიან უჩვეულო თვისებები. მაგალითად, თუ ამ სითხეს უბიძგებთ, მაშინ ის მიიღებს უარყოფით აჩქარებას, ანუ უკან და არა წინ. ასეთ უცნაურობას შეუძლია მეცნიერებს ბევრი რამ უთხრას იმის შესახებ, თუ რა ხდება შიგნით მაინც უცნაური ობიექტებიროგორიცაა შავი ხვრელები და ნეიტრონული ვარსკვლავები.
თუმცა შეიძლება რამეს ჰქონდეს უარყოფითი მასა? Შესაძლებელია?
თეორიულად, მატერიას შეუძლია ჰქონდეს უარყოფითი მასა ისევე, როგორც ელექტრული მუხტიშეიძლება იყოს უარყოფითი ან დადებითი.
ქაღალდზე ეს მუშაობს, მაგრამ მეცნიერების სამყაროში ცხარე კამათი მიმდინარეობს იმაზე, არღვევს თუ არა რაიმეს უარყოფითი მასის არსებობის დაშვება ფიზიკის ფუნდამენტურ კანონებს. Ჩვენთვის, ჩვეულებრივი ხალხი, ეს კონცეფცია ზედმეტად რთული გასაგებად გამოიყურება.
დიფერენციალური კანონი მექანიკური მოძრაობაან, უფრო მარტივად, ნიუტონის მეორე კანონი გამოიხატება ფორმულით A=F/M. ანუ სხეულის აჩქარება უდრის მასზე მიყენებული ძალის შეფარდებას სხეულის მასასთან. თუ დააყენე უარყოფითი მნიშვნელობამასა, მაშინ სხეული, სავსებით ლოგიკურად, მიიღებს უარყოფით აჩქარებას. წარმოიდგინე, ურტყამ ბურთს და ის ფეხზე გორვადება.
თუმცა, ის, რაც ჩვენთვის უცხოდ გვეჩვენება, არ უნდა იყოს შეუძლებელი და ზემოაღნიშნული თეორიული სავარჯიშოები საუკეთესო საშუალებაა იმის დასამტკიცებლად, რომ ნეგატიური მასა შეიძლება არსებობდეს ჩვენს სამყაროში დარღვევის გარეშე. ზოგადი თეორიაფარდობითობა.
ამ ყველაფრის გაგების სურვილმა დასაბამი მისცა მკვლევართა აქტიურ მცდელობებს, რომ ნეგატიური მასა ლაბორატორიაში აღედგინათ, როგორც ვხედავთ, თუნდაც გარკვეული წარმატებით.
ვაშინგტონის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა განაცხადეს, რომ მათ მიაღწიეს სითხის მიღებას, რომელიც ზუსტად ისე იქცევა, როგორც უარყოფითი მასის მქონე სხეული უნდა მოიქცეს. და მათი აღმოჩენა საბოლოოდ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგიერთის შესასწავლად უცნაური ფენომენებისამყაროს სიღრმეში.
ამ უცნაური სითხის შესაქმნელად მეცნიერებმა ლაზერები გამოიყენეს რუბიდიუმის ატომების თითქმის ბოლომდე გასაგრილებლად აბსოლუტური ნული, ქმნის იმას, რასაც ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი ეწოდება.
ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები წარმოუდგენლად ნელა და უცნაურად მოძრაობენ, საკმაოდ უცნაური პრინციპების მიხედვით. კვანტური მექანიკა, მაგრამ არა კლასიკური ფიზიკა, ანუ იწყებენ ტალღებივით ქცევას.
ნაწილაკები ასევე სინქრონიზდებიან და მოძრაობენ უნისონში, ქმნიან ზესთხევად ნივთიერებას, რომელსაც შეუძლია გადაადგილება ხახუნის შედეგად ენერგიის დაკარგვის გარეშე.
მეცნიერებმა გამოიყენეს ლაზერები ზესთხევადის შესაქმნელად დაბალი ტემპერატურა, ასევე იმისათვის, რომ მოათავსოთ იგი თასის ფორმის ველში 100 მიკრონიზე ნაკლებ დიამეტრზე.
სანამ სუპერმატერია ამ სივრცეში რჩებოდა, მას ჰქონდა ჩვეულებრივი მასა და საკმაოდ შეესაბამებოდა ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის კონცეფციას. სანამ არ აიძულეს გადასულიყო.
ლაზერების მეორე ნაკრების გამოყენებით, მეცნიერებმა აიძულეს ატომები გადაადგილებულიყვნენ წინ და უკან, რის შედეგადაც მათი ტრიალი შეიცვალა და რუბიდიუმი, რომელმაც გადალახა "თასის" ბარიერი, სწრაფად ამოიფრქვევა. თუმცა თითქოს უარყოფითი მასა ჰქონდა. მეცნიერთა აზრით, შთაბეჭდილება ისეთი იყო, რომ სითხე უხილავ ბარიერს წააწყდა და მისგან მოიგერია.
ამრიგად, მკვლევარებმა დაადასტურეს ვარაუდები უარყოფითი მასის არსებობის შესახებ, მაგრამ ეს მხოლოდ მოგზაურობის დასაწყისია. ჯერ კიდევ გასარკვევია, არის თუ არა სითხის ქცევა ლაბორატორიულ პირობებში განმეორებადად და საკმარისად საიმედოდ, რათა გამოსცადო ზოგიერთი ვარაუდი უარყოფითი მასების შესახებ. ასე რომ, დროზე ადრე ნუ გაიხარებთ, სხვა გუნდებმა უნდა გაიმეორონ შედეგები.
ერთი რამ ცხადია, რომ ფიზიკა სულ უფრო და უფრო საინტერესო ხდება და ღირს დაინტერესება.
- რატომ მიდის დრო მხოლოდ წინ. ფიზიკოსები განმარტავენ: „დრო არის ის, რაც ხელს უშლის ყველაფერს ერთდროულად არ მოხდეს“, - წერდა რეი კამინგსი თავის 1922 წელს სამეცნიერო ფანტასტიკურ რომანში...
- ჭიის ხვრელები, ჭიის ხვრელები და დროში მოგზაურობა ჭიის ხვრელი არის თეორიული გავლა სივრცე-დროში, რომელსაც შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს შორ მანძილზე მოგზაურობა მთელს სამყაროში მალსახმობების შექმნით...
ჰიპოთეტური ჭიის ხვრელი სივრცეში
AT თეორიული ფიზიკა, არის ჰიპოთეტური ნივთიერების კონცეფცია, რომლის მასას აქვს მასის საპირისპირო მნიშვნელობა ნორმალური მატერია(ისევე, როგორც ელექტრული მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი და უარყოფითი). მაგალითად, -2 კგ. ასეთი ნივთიერება, რომ არსებობდეს, არღვევს ერთს ან მეტს და გამოავლენს ზოგიერთს უცნაური თვისებები. ზოგიერთი სპეკულაციური თეორიის თანახმად, უარყოფითი მასის მატერია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ( ჭიის ხვრელები) სივრცე-დროში.
ჟღერს აბსოლუტური ფიქცია, მაგრამ ახლა ფიზიკოსთა ჯგუფი ვაშინგტონის უნივერსიტეტიდან, ვაშინგტონის უნივერსიტეტიდან, OIST უნივერსიტეტიდან (ოკინავა, იაპონია) და შანხაის უნივერსიტეტი, რომელიც ავლენს უარყოფითი მასის მქონე ჰიპოთეტური მასალის ზოგიერთ თვისებას. მაგალითად, თუ ამ ნივთიერებას უბიძგებთ, მაშინ ის აჩქარდება არა ძალის გამოყენების მიმართულებით, არამედ საპირისპირო მიმართულება. ანუ აჩქარებს საპირისპირო მხარეს.
უარყოფითი მასის თვისებების მქონე ნივთიერების შესაქმნელად, მეცნიერებმა მოამზადეს ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი რუბიდიუმის ატომების თითქმის აბსოლუტურ ნულამდე გაციებით. ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები ძალიან ნელა მოძრაობენ და კვანტური ეფექტებიიწყებს გამოჩენა მაკროსკოპულ დონეზე. ანუ, კვანტური მექანიკის პრინციპების შესაბამისად, ნაწილაკები იწყებენ ტალღების მსგავსად ქცევას. მაგალითად, ისინი სინქრონიზდებიან ერთმანეთთან და კაპილარებში ხახუნის გარეშე მიედინება, ანუ ენერგიის დაკარგვის გარეშე - ე.წ.
ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ლაბორატორიაში შეიქმნა პირობები ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის წარმოქმნისთვის 0,001 მმ3-ზე ნაკლები მოცულობით. ნაწილაკები შეანელა ლაზერმა და დაელოდა მათგან ყველაზე ენერგიული მოცულობის დატოვებას, რაც კიდევ უფრო გაცივდა მასალას. ამ ეტაპზე სუპერკრიტიკულ სითხეს კვლავ დადებითი მასა ჰქონდა. თუ ჭურჭლის ჰერმეტულობა დაირღვა, რუბიდიუმის ატომები იფანტებოდნენ სხვადასხვა მხარეები, ვინაიდან ცენტრალური ატომები უკიდურეს ატომებს გარედან უბიძგებენ და ისინი აჩქარდებიან ძალის გამოყენების მიმართულებით.
ნეგატიური ეფექტური მასის შესაქმნელად, ფიზიკოსებმა გამოიყენეს ლაზერების განსხვავებული ნაკრები, რომლებიც ცვლიდნენ ზოგიერთი ატომის ბრუნვას. როგორც სიმულაცია პროგნოზირებს, გემის ზოგიერთ უბანში ნაწილაკებმა უარყოფითი მასა უნდა შეიძინონ. ეს აშკარად ჩანს მატერიის სიმკვრივის მკვეთრ ზრდაში, როგორც დროის ფუნქცია სიმულაციებში (ქვედა დიაგრამაში).
სურათი 1. ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის ანიზოტროპული გაფართოება სხვადასხვა კოეფიციენტებიადჰეზიის ძალები. რეალური შედეგებიექსპერიმენტები წითელია, პროგნოზის შედეგები სიმულაციაში არის შავი
ქვედა დიაგრამა არის შუა ჩარჩოს გაფართოებული მონაკვეთი სურათი 1-ის ქვედა რიგში.
ქვედა დიაგრამა აჩვენებს მთლიანი სიმკვრივის 1D სიმულაციას დროის მიმართ იმ რეგიონში, სადაც პირველად გამოჩნდა დინამიური არასტაბილურობა. წერტილოვანი ხაზები გამოყოფს ატომების სამ ჯგუფს სიჩქარით
კვაზი მომენტში
სად არის ეფექტური მასა
იწყება უარყოფითი (ზედა ხაზი). ნაჩვენებია მინიმალური უარყოფითი ეფექტური მასის წერტილი (შუა) და წერტილი, სადაც მასა ბრუნდება დადებითი ღირებულებები(ქვედა ხაზი). წითელი წერტილები მიუთითებს იმ ადგილებზე, სადაც ადგილობრივი კვაზი-იმპულსი დევს უარყოფითი ეფექტური მასის რეგიონში.
გრაფიკების პირველივე სტრიქონი აჩვენებს, რომ დროს ფიზიკური ექსპერიმენტიმატერია იქცეოდა ზუსტად ისე, როგორც იმიტირებულია, რაც უარყოფით ნაწილაკებს წინასწარმეტყველებს ეფექტური მასა.
ბოზე-აინშტაინის კონდენსატში ნაწილაკები ტალღების მსგავსად იქცევიან და ამიტომ მრავლდებიან სხვა მიმართულებით, ვიდრე ნორმალური ეფექტური მასის ნაწილაკები უნდა გავრცელდეს.
სამართლიანობისთვის, უნდა ითქვას, რომ ფიზიკოსებმა არაერთხელ ჩაწერეს ექსპერიმენტების დროს, მაგრამ ამ ექსპერიმენტების ინტერპრეტაცია შეიძლება სხვადასხვა გზით. ახლა გაურკვევლობა დიდწილად აღმოფხვრილია.
სამეცნიერო სტატია 2017 წლის 10 აპრილი ჟურნალში ფიზიკური მიმოხილვის წერილები(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, ხელმისაწვდომია გამოწერით). სტატიის ასლი ჟურნალში გაგზავნამდე, 2016 წლის 13 დეკემბერს, ქ უფასო წვდომა arXiv.org-ზე (arXiv:1612.04055).
რეკომენდირებულია ყურება 1280 x 800 გარჩევადობით
„ტექნიკა-ახალგაზრდობა“, 1990, No10, გვ. 16-18.
სკანირებულია იგორ სტეპიკინის მიერთამამი ჰიპოთეზების ტრიბუნა
პონკრატ ბორისოვი, ინჟინერი
უარყოფითი მასა: უფასო ფრენა უსასრულობისკენ
ჰიპოთეტური ჭიის ხვრელი სივრცეში
ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ლაბორატორიაში შეიქმნა პირობები ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის წარმოქმნისთვის 0,001 მმ3-ზე ნაკლები მოცულობით. ნაწილაკები შეანელა ლაზერმა და დაელოდა მათგან ყველაზე ენერგიული მოცულობის დატოვებას, რაც კიდევ უფრო გაცივდა მასალას. ამ ეტაპზე სუპერკრიტიკულ სითხეს კვლავ დადებითი მასა ჰქონდა. ჭურჭელში გაჟონვის შემთხვევაში, რუბიდიუმის ატომები იფანტებიან სხვადასხვა მიმართულებით, რადგან ცენტრალური ატომები უკიდურეს ატომებს გარეთ უბიძგებენ და ისინი აჩქარდებიან ძალის გამოყენების მიმართულებით.
ნეგატიური ეფექტური მასის შესაქმნელად, ფიზიკოსებმა გამოიყენეს ლაზერების განსხვავებული ნაკრები, რომლებიც ცვლიდნენ ზოგიერთი ატომის ბრუნვას. როგორც სიმულაცია პროგნოზირებს, გემის ზოგიერთ უბანში ნაწილაკებმა უარყოფითი მასა უნდა შეიძინონ. ეს აშკარად ჩანს მატერიის სიმკვრივის მკვეთრ ზრდაში, როგორც დროის ფუნქცია სიმულაციებში (ქვედა დიაგრამაში).
სურათი 1. ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის ანიზოტროპული გაფართოება შეკრული ძალის სხვადასხვა კოეფიციენტით. ექსპერიმენტის რეალური შედეგები წითლად არის მონიშნული, სიმულაციაში პროგნოზის შედეგები შავით
ქვედა დიაგრამა არის შუა ჩარჩოს გაფართოებული მონაკვეთი სურათი 1-ის ქვედა რიგში.
ქვედა დიაგრამა აჩვენებს მთლიანი სიმკვრივის 1D სიმულაციას დროის მიმართ იმ რეგიონში, სადაც პირველად გამოჩნდა დინამიური არასტაბილურობა. წერტილოვანი ხაზები გამოყოფს ატომების სამ ჯგუფს კვაზი იმპულსის სიჩქარით, სადაც ეფექტური მასა იწყება უარყოფითი (ზედა ხაზი). ნაჩვენებია მინიმალური უარყოფითი ეფექტური მასის წერტილი (შუა) და წერტილი, სადაც მასა უბრუნდება დადებით მნიშვნელობებს (ქვედა ხაზი). წითელი წერტილები მიუთითებს იმ ადგილებზე, სადაც ადგილობრივი კვაზი-იმპულსი დევს უარყოფითი ეფექტური მასის რეგიონში.
გრაფიკების პირველივე სტრიქონი აჩვენებს, რომ ფიზიკის ექსპერიმენტის დროს მატერია იქცეოდა ზუსტად ისე, როგორც იმიტირებულია, რაც წინასწარმეტყველებს უარყოფითი ეფექტური მასის მქონე ნაწილაკების გამოჩენას.
ბოზე-აინშტაინის კონდენსატში ნაწილაკები ტალღების მსგავსად იქცევიან და ამიტომ მრავლდებიან სხვა მიმართულებით, ვიდრე ნორმალური ეფექტური მასის ნაწილაკები უნდა გავრცელდეს.
სამართლიანობისთვის უნდა ითქვას, რომ ფიზიკოსებმა არაერთხელ ჩაწერეს შედეგები ექსპერიმენტების დროს, როდესაც ვლინდებოდა უარყოფითი მასის მატერიის თვისებები, მაგრამ ამ ექსპერიმენტების ინტერპრეტაცია შეიძლება სხვადასხვა გზით. ახლა გაურკვევლობა დიდწილად აღმოფხვრილია.
სამეცნიერო სტატია გამოქვეყნდა 2017 წლის 10 აპრილს ჟურნალში ფიზიკური მიმოხილვის წერილები(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, ხელმისაწვდომია გამოწერით). სტატიის ასლი ჟურნალში გაგზავნამდე გამოქვეყნდა 2016 წლის 13 დეკემბერს საჯარო დომენში arXiv.org (arXiv:1612.04055).
