უცხოეთიდან კიდევ ერთმა „მეცნიერულმა“ სენსაციამ შემაძრწუნა – ისეთი სულელური გამოდგა. ზოგიერთმა მეცნიერმა თქვა, რომ მათ შეძლეს, მათი თქმით, მიაღწიონ "ნეგატიური მასის" ეფექტს და ქსელის ჟურნალისტებმა გაანადგურეს ეს აპრილის ხუმრობა პუბლიკაციებში. გავაანალიზოთ ილია ხელოს სტატია hi-news.ru-დან ამ მოვლენის შესახებ.
სიუჟეტში ნათქვამია, რომ ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა უარყოფითი მასის სითხე შექმნეს. ფიზიკოსები ამბობენ, რომ ეს არის ასეთი მასის ნიშანი: „დააწექი მას და, განსხვავებით მსოფლიოში არსებული ყველა ფიზიკური ობიექტისგან, რომელიც ჩვენ ვიცით, ის არ აჩქარდება ბიძგის მიმართულებით. ის აჩქარებს საპირისპირო მხარეს". ამის შესახებ მაიკლ ფორბსმა, ასისტენტმა პროფესორმა, ფიზიკოსმა და ასტრონომმა ვაშინგტონის უნივერსიტეტში განაცხადა და თავად კვლევა გამოქვეყნდა Physical Review Letters-ში.
ასევე განმარტებულია, რომ ჰიპოთეტურად, მატერიას, სავარაუდოდ, შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი მასა, მათი თქმით, იმავე გაგებით, რომელშიც ელექტრული მუხტიშეიძლება იყოს როგორც უარყოფითი, ასევე დადებითი. ფიზიკოსები ამის საილუსტრაციოდ მოჰყავთ ისააკ ნიუტონის „მეორე კანონი“ - სხეულზე მოქმედი ძალა უდრის სხეულის მასისა და ამ ძალის მიერ მინიჭებული აჩქარების ნამრავლს.
გარდა ამისა, როგორც ჩანს, თავად ილია ხელელი განმარტავს ამ „კანონს“: „თუ ობიექტს უბიძგებ, ის აჩქარდება შენი ბიძგის მიმართულებით. მასა დააჩქარებს მას ძალის მიმართულებით“. ფორბსი კი ამტკიცებს, რომ „ჩვენ შეჩვეულები ვართ ამ მდგომარეობას“ და დასძენს: „ნეგატიური მასით, თუ რაიმეს უბიძგებ, ის შენკენ აჩქარდება“.
ასე რომ, პატივცემულმა ფიზიკოსებმა აშშ-დან ცოტა იციან ფიზიკის შესახებ. გადავხედოთ მათ განცხადებებს. ჯერ ერთი, მსოფლიოში არ არსებობს არც ერთი ნამუშევარი, რომელშიც მასის ფიზიკური არსი გამოვლინდებოდა. მეორეც, მსოფლიოში ამ ფიზიკური სიდიდის ერთიანი განმარტება არ არსებობს. ანუ დღეს მსოფლიოში არავინ იცის რა არის მასა. მასის არსის განსაზღვრისა და იდენტიფიკაციის ძიება ერთ-ერთი ყველაზე დიდია რეალური ამოცანებითანამედროვე ფიზიკა.
როგორ გამოდიან ფიზიკოსები ამ სიტუაციიდან? ისინი იღებენ მასას ნიუტონის მეორე კანონიდან, იგივე სტატიაში ნახსენები. თუმცა, ამ ფიზიკოსებს, როგორც ჩანს, არ წაუკითხავთ ნიუტონის ნაშრომი. და მან შემოიღო ასეთი მასა, როგორც პროპორციულობის კოეფიციენტი, და არა როგორც ფიზიკური რაოდენობა. ანუ ნიუტონის „მეორე კანონიდან“ აღებული მასით ვერანაირი ოპერაციები ვერ შესრულდება.
დღეს მასა ნიშნავს ინერციას - და ის უბრალოდ ხელს უშლის აჩქარებას, ანუ, სტატიის ავტორების აზრით, ის იქცევა ისე, როგორც უარყოფითი მასა. და ეს შეცდომა არის ამერიკელი ფიზიკოსების მიერ მასის ფიზიკური არსის გაუგებრობის შედეგი.
ახლა ნიუტონის „მეორე კანონის“ შესახებ. ეს არ არის კანონი. ეს არის ჩვეულებრივი გამოთქმა ახალი ფიზიკური სიდიდისთვის, რომელიც ამ გამოთქმაში აღინიშნება ასო "F"-ით და უწოდებენ სიტყვას "ძალა". ბევრი ფიზიკური რაოდენობა იწერება ამ გზით, მაგალითად, l \u003d vt (გზა უდრის პროდუქტსსიჩქარე ჯერ დრო), ან S = ab (ფართი უდრის სიგრძისა და სიგანის ნამრავლს) და ა.შ.
რეალურად ასე არ არის. თუნდაც ნიუტონის „კანონებს“ მივყვეთ, მათგან ცხადია, რომ მასა წარმოქმნის მიზიდულობის ცენტრალურ ძალას, ანუ მასას აქვს ცენტრიდანული თვისებები, სადაც არის მხოლოდ 0 და უსასრულობა. არანაირი დადებითი ან უარყოფითი მხარე. აქედან გამომდინარე, ფიზიკა დიდი ხნის წინ მივიდა დასკვნამდე: მასა შეიძლება იყოს ნულის ტოლი ან ჰქონდეს დადებითი მნიშვნელობა.
ახლა აგიხსნით რა არის მასა. მუშაობს ერთიანი თეორიასფეროში, მოვახერხე ამ მიმართულებით გარკვეული პროგრესის მიღწევა. მასა რთულია. ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც მოიცავს: 1) ნაწილაკების რაოდენობას „სხეულში“, 2) მათ მოძრაობას, 3) მოძრაობის ტრაექტორიის გეომეტრიას, 4) ამ ტრაექტორიის ამა თუ იმ ადგილას ნაწილაკების პოვნის ალბათობას. და რაც მთავარია, ერთ სხეულს აქვს მასების უსასრულო რაოდენობა. ეს ქონება მე-19 საუკუნეში აღმოაჩინეს ცნობილი ფიზიკოსიმახ, მაგრამ მერე ვერ ახსნა.
მაშასადამე, მასაზე ძალით მოქმედებისას, ამ მასის ნიშანზე მისი მოძრაობის მიმართულებით ვერ ვიმსჯელებთ. მაგალითს მოგიყვან. თუ ავიღებთ მბრუნავ სხეულს – ზედა – და მივმართავთ მასზე ძალას, მაშინ სხეული გადაადგილდება გამოყენებული ძალის პერპენდიკულარული მიმართულებით. გიროსკოპის ამ თვისებას კი სკოლაში ფიზიკაში ასწავლიან. ეს შენთვის უარყოფითი მასაა! ფიზიკოსები ამერიკიდან უბრალოდ მე-8 კლასში არ წავიდნენ.
უფრო მეტიც, ისინი თავად აღწერენ თავიანთ ექსპერიმენტს, რომელიც ჩაატარეს მბრუნავი სხეულით. აი, როგორ არის აღწერილი „გენიოსების“ მუშაობა: „კოლეგებთან ერთად მან შექმნა უარყოფითი მასის პირობები, გააცივა რუბიდიუმის ატომები თითქმის მდგომარეობამდე. აბსოლუტური ნულიდა ამგვარად იქმნება ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. შატიენდრანათ ბოზის და ალბერტ აინშტაინის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები ძალიან ნელა მოძრაობენ და პრინციპების დაცვით. კვანტური მექანიკაიქცევა ტალღებივით. ისინი ასევე სინქრონიზდებიან და მოძრაობენ უნისონში, როგორც ზესთხევადი, რომელიც მიედინება ენერგიის დაკარგვის გარეშე“.
ყურადღება არ მიაქციოთ საშინელი სიტყვებიკონდენსატის ტიპი. საქმეს მიხედე. ისევ აქ ფატალური შეცდომა. ავტორი უყვება დაბალი ტემპერატურანაწილაკების სისწრაფით, ამბობენ, ისინი ნელა მოძრაობენ.
მაგრამ ტემპერატურა არ არის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე ნაკადში, არამედ ნაწილის მოძრაობის სიჩქარე მასზე პერპენდიკულარული მიმართულებით! მაგალითად, თუ სითხე მიედინება კედლის პარალელურად, მაშინ ის არ ახდენს მასზე ზეწოლას. წნევა გემის კედელზე პერპენდიკულარული ზემოქმედების შედეგია. ეს მშვენივრად გადმოგვცეს სარაკეტო ძრავების დეპარტამენტის ინსტიტუტის მასწავლებლებმა. მათში ნაკადის სიჩქარე არის მთავარი მაჩვენებელი, რომლითაც ისინი მუშაობენ.
ამიტომ დაბალი ტემპერატურაა ლამინარული ნაკადი, ხოლო მაღალტემპერატურული - ტურბულენტური. აქ არაფერია საერთო კონდენსაციასთან.
შემდგომ: „ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ფიზიკისა და ასტრონომიის პროფესორის, პიტერ ენგელსის ხელმძღვანელობით, ვესტერ ჰოლის მეექვსე სართულზე მყოფმა მეცნიერებმა შექმნეს ეს პირობები ლაზერების გამოყენებით ნაწილაკების შესანელებლად, მათ უფრო გრილი და ცხელი, მაღალი ენერგიის ნაწილაკების დასაშვებად. ორთქლის მსგავსად გაქცევა, მასალის შემდგომი გაგრილება. ”
აქ ზუსტად არის აღწერილი, რომ გადაჭარბებული განივი გრადიენტის მქონე ნაწილაკები ლაზერებით იშლება.
შემდგომ: „ლაზერებმა დაიჭირეს ატომები, თითქოს ისინი ასი მიკრონიზე ნაკლები ზომის თასში იყვნენ. ამ ეტაპზე ზესთხევად რუბიდიუმს ჩვეულებრივი მასა ჰქონდა. თასის გახეთქვამ საშუალება მისცა რუბიდიუმს გაქცეულიყო, გაფართოვდა, რადგან ცენტრში მყოფი რუბიდიუმი იძულებით გამოვიდა.
ჩვეულებრივ ენაზე თარგმნილი, ეს ნიშნავს, რომ რუბიდიუმის ატომები მოთავსებული იყო ლაზერების მიერ შექმნილ ინტერფერენციულ სტრუქტურაში. ამ სტრუქტურას აქვს სიჩქარის რთული გეომეტრია საკუთარ თავში. აქ შეუძლებელია რომელიმე მიმართულებაზე საუბარი.
შემდგომი: „უარყოფითი მასის შესაქმნელად მეცნიერებმა გამოიყენეს ლაზერების მეორე ნაკრები, რომლებიც უბიძგებდნენ ატომებს წინ და უკან, ცვლიდნენ მათ ბრუნვას. ახლა, როდესაც რუბიდიუმი საკმარისად სწრაფად ამოიწურება, ის იქცევა ისე, როგორც მას აქვს უარყოფითი მასა. „დააჭირე და ის აჩქარდება საპირისპირო მიმართულება"ფორბსი ამბობს. "ეს ჰგავს რუბიდიუმის შეჯახებას უხილავ კედელს."
აქ სცენაზე შემოდის კიდევ ერთი ფიზიკური რაოდენობა - სპინი. წიგნზე „ვაკუუმი: კონცეფცია, სტრუქტურა, თვისებები“ მუშაობისას მომიწია კონსულტაცია ფიზიკის ერთ-ერთ წამყვან განყოფილებასთან სპინის შესახებ. ფიზიკური დაწესებულებებიქვეყნები. კათედრის უფროსმა ასე მითხრა: „ოც წელზე მეტია სპინზე ვსწავლობ, ამაზე დავწერე სადოქტორო და სადოქტორო დისერტაციები, ჩემზე უკეთესი სპეციალისტები არ არიან, მაგრამ ვერ ავხსნი რა არის სპინი. .”
და ის მართალია. არ არსებობს მკაფიო კონცეფცია, თუ რა არის სპინი. ამიტომ, შეუძლებელია მიზანმიმართულად შეცვალო ის, რისი ბუნებაც არ გესმის. მაგალითი: მარსიანების ენა არავინ იცის, ამიტომ ამ ენის სიტყვების ნაწილს ვერავინ შეცვლის.
ჩემი ინტერპრეტაციით, სპინი არის სისტემის დაბრუნების ინდიკატორი პირვანდელ მდგომარეობაში: რამდენი წილადური მოძრაობის შემდეგ სისტემა გადავა ისეთ მდგომარეობაში, რომელიც არ განსხვავდება წინასგან. მაგალითად, ჩვეულებრივი შემოვლითი გზა 1 წრე - ეს არის სპინი 1-ის ტოლი. Möbius-ის ზოლში სპინი არის 2 - თანმიმდევრულად უნდა იმოძრაოთ ზოლის ორივე მხარეს. სინუსსა და კოსინუსს აქვთ სპინი ½.
ბევრია სხვადასხვა ვარიანტები, მაგრამ ტრიალის შეცვლა შეუძლებელია წინ და უკან ბიძგებით. სპინი იცვლება მხოლოდ იმ სივრცის გეომეტრიის შეცვლით, რომლის მეშვეობითაც მოძრაობა ხორციელდება (მობიუსის ზოლი), ან მოძრაობის აღწერისთვის სხვა ალგორითმის გამოყენებით (სინუსი, კოსინუსი).
AT კიდევ ერთხელფიზიკოსებმა აშშ-დან გაყინეს სისულელე. მიზეზი ის არის, რომ მათ იკისრეს პრობლემების გადაჭრა საწყისი დებულებების არსის გააზრების გარეშე. ჟურნალისტებმა კი ერგოტივით დაამტვრიეს ეს „სენსაცია“.
6.4k 0 5 0
AT თანამედროვე ფიზიკამასა გასაგებია სხვადასხვა თვისებებიფიზიკური ობიექტი:
- ინერციული მასა ახასიათებს სხეულების ინერციის ზომას და ჩნდება ნიუტონის მეორე კანონში. თუ თვითნებური ძალა შემოვიდა ინერციული სისტემადათვლა თანაბრად აჩქარებს სხვადასხვა საწყისს უძრავი სხეულები, მაშინ ამ სხეულებს ენიჭებათ იგივე ინერციული მასა.
- გრავიტაციული მასა გვიჩვენებს ძალას, რომლითაც სხეული ურთიერთქმედებს გარეგნებთან გრავიტაციული ველები- სინამდვილეში ეს მასა არის თანამედროვე მეტროლოგიაში აწონვით მასის გაზომვის საფუძველი და რა გრავიტაციულ ველს ქმნის თავად ეს სხეული (აქტიური გრავიტაციული მასა) - ეს მასა ჩნდება უნივერსალური მიზიდულობის კანონში.
- დანარჩენი მასა ადგენს სხეულის მთლიან ენერგიას აინშტაინის კანონის მიხედვით.
აინშტაინის ეკვივალენტობის პრინციპი ამბობს, რომ ინერციული მასა უნდა იყოს პასიური გრავიტაციული მასის ტოლი, ხოლო იმპულსის შენარჩუნების კანონი მოითხოვს, რომ აქტიური და პასიური გრავიტაციული მასა იყოს ტოლი. ყველა ექსპერიმენტული მტკიცებულებაზე ამ მომენტშიაჩვენე, რომ ისინი სინამდვილეში ყოველთვის ერთნაირია. უარყოფითი მასის მქონე ჰიპოთეტური ნაწილაკების განხილვისას მნიშვნელოვანია გამოიცნოთ ამ მასის თეორიებიდან რომელია არასწორი. თუმცა, უმეტეს შემთხვევაში, უარყოფითი მასის გაანალიზებისას, ვარაუდობენ, რომ ეკვივალენტობის პრინციპი და იმპულსის შენარჩუნების კანონი კვლავ მოქმედებს.
1957 წელს ჰერმან ბონდიმ თავის სტატიაში გამოაქვეყნა მოსაზრება თანამედროვე ფიზიკის მიმოხილვაში, რომ მასა შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი. მან აჩვენა, რომ ეს არ იწვევს ლოგიკურ წინააღმდეგობას, თუ მასის სამივე ტიპი ასევე უარყოფითია, მაგრამ ნეგატიური მასის არსებობის აღიარება იწვევს მოძრაობის არაინტუიციურ ტიპებს.
ნიუტონის მეორე კანონიდან ჩანს, რომ ნეგატიური ინერციული მასის მქონე ობიექტი აჩქარდება საპირისპირო მიმართულებით იმ მიმართულებით, რომლითაც ის აიძულა, რაც შეიძლება უცნაურად მოგეჩვენოთ.
... ელექტრონები ნახევარგამტარი კრისტალიიძენს უარყოფით მასას ძლიერი ელექტრული ველით აჩქარებისას...
2010 წელს, მაქს ბორნის ინსტიტუტის (ბერლინის) ფიზიკოსებმა განაცხადეს, რომ ელექტრონები ნახევარგამტარ კრისტალში უარყოფით მასას იძენენ ძლიერი ელექტრული ველით აჩქარებისას. თუ ელექტრული ველი მცირეა, მაშინ ელექტრონის მოძრაობა კრისტალში გამტარობის ზოლში ემორჩილება ნიუტონის კანონებს. ამ რეჟიმში, კრისტალური ელექტრონის მასა არის თავისუფალი ელექტრონის მასის მცირე ნაწილი.
მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ კრისტალური ელექტრონები უკიდურესად მაღალი სიჩქარით სულ სხვაგვარად იქცევიან. მათი მასა უარყოფითიც კი ხდება. ჟურნალის Physical Review Letters-ის ერთ-ერთ ნომერში მათ განაცხადეს, რომ მათ დააჩქარეს ელექტრონი დროის ძალიან მოკლე პერიოდში - 100 ფემტოწამში 4 მილიონი კმ/სთ სიჩქარემდე. ამის შემდეგ ელექტრონი გაჩერდა და დაიწყო მოძრაობა უკან, საპირისპირო მიმართულებით მოქმედი ძალა. ეს შეიძლება აიხსნას მხოლოდ ელექტრონის უარყოფითი ინერციული მასით.
ამრიგად, კრისტალის შიგნით, ელექტრონი, დამოკიდებულია ელექტრული ველი, აჩვენებს თვისებებს:
- კვაზინაწილაკები დადებითი მასით, მაგრამ ნაკლები ვიდრე დანარჩენი მასა
- კვაზინაწილაკები უარყოფითი ინერციული მასით.
ექსპერიმენტებში, ელექტრონები ნახევარგამტარულ გალიუმის არსენიდის კრისტალში აჩქარებული იყო უკიდურესად მოკლე ელექტრული იმპულსით, ველის სიძლიერით 30 მვ/მ და ხანგრძლივობით 300 ფემტოწამი. ელექტრონის სიჩქარე დროის მიხედვით გაზომილი იყო მაღალი სიზუსტით. შედეგები ემთხვევა ნობელის პრემიის ლაურეატის ფელიქს ბლოხის გამოთვლებს, რომლებიც მის მიერ 80 წელზე მეტი ხნის წინ შესრულდა. გერმანელმა მეცნიერებმა გამოიკვლიეს ელექტრონების მოძრაობა გალიუმის არსენიდის ნახევარგამტარში. ოთახის ტემპერატურაზე. მათ ნიმუშზე გამოიყენეს ელექტრული ველის პულსი 300 ფემტოწამი და 30 მილიონი ვოლტი მეტრზე. ელექტრონების პასუხის მაღალი სიზუსტით გაზომვით, ფიზიკოსებმა დაადგინეს, რომ ნაწილაკების პირველი 100 ფემტოწამი, როგორც მოსალოდნელი იყო, აჩქარდა "სწორი" მიმართულებით და მოახერხეს წამში 1111 კილომეტრის სიჩქარის მოპოვება. მაგრამ შემდეგ ისინი მკვეთრად შეანელეს მსგავსი პერიოდის განმავლობაში და დაიწყეს მოძრაობა საპირისპირო მიმართულებით, რაც შეიძლება მხოლოდ ინტერპრეტირებული იყოს როგორც უარყოფითი მნიშვნელობაელექტრონების ინერციული მასა მოცემულ მომენტში.
ექსპერიმენტის ავტორები ამტკიცებენ, რომ მიღებული შედეგები შეესაბამება შვეიცარიელი ფიზიკოსის მიერ შესრულებულ თეორიულ გამოთვლებს, ნობელის ლაურეატიფელიქს ბლოხი 80 წელზე მეტი ხნის წინ. მეცნიერები ეფექტს ხსნიან, როგორც ბლოხის ნაწილობრივი რხევის გამოვლინება და კრისტალში მუხტის გადაცემის ახალი რეჟიმის გაჩენა - მათი თანმიმდევრული ტრანსპორტირება ულტრამოკლე დროის ინტერვალებით. მკვლევარები თვლიან, რომ ამ ფენომენსშეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი თაობის ელექტრონიკაში, რომელიც მუშაობს ერთეულების დიაპაზონში ათობით ტერაჰერცამდე.
თუ ვსაუბრობთ დიდი სხეულებიუარყოფითი მასით, მაშინ მათი არსებობა შეუძლებელი ჩანს ჩვეულებრივი მეცნიერება. უარყოფითი საკითხიშეუძლია მხოლოდ გაფანტოს, მაშინ როცა მატერიის ნაწილაკების გრავიტაციული მოგერიების თვისება, როგორიც არ უნდა იყოს მათი ბუნება, აუცილებლად მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ეს ნაწილაკები ვერ იკრიბებიან გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ. გარდა ამისა, ვინაიდან უარყოფითი მასის ნაწილაკი რაიმე ძალის გავლენის ქვეშ მოძრაობს მიმართულებით, საპირისპირო ვექტორიეს ძალა, მაშინ ჩვეულებრივი ატომთაშორისი ურთიერთქმედებები ვერ აკავშირებს ასეთ ნაწილაკებს "ნორმალურ" სხეულებში.
Გვერდი 1
უარყოფითი მასა მზადდება 90% კადმიუმის ოქსიდის, 7-5% ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატისგან, 2-5% დიზელის ზეთისგან.
Alclum და DEAC ბატარეების უარყოფითი მასა შედგება კადმიუმისა და რკინისგან Cd: Fe 4: 1 თანაფარდობით; ტუდორის კომპანიის უარყოფითი მასა მზადდება კადმიუმის ოქსიდის ჰიდრატისგან 4 5% ნიკელის და 3 5% გრაფიტის დამატებით.
უარყოფითი მასის ცნება წარმოიქმნება, თუ ადამიანს სურს მატერიის წარმოდგენა ისე, რომ ელექტრონი მუდმივად მოძრაობდეს იმავე გარე ველში; ამ შემთხვევაში სხვა არაფერი რჩება გარდა იმისა, რომ ვივარაუდოთ, რომ ნულოვან სიჩქარემდე შენელება ხდება უარყოფითი მასის გამო. რა თქმა უნდა, ძალები გისოსებში, რომლებიც იწვევენ ამ შენელებას, სრულიად რეალურია, მაგრამ არა წარმოდგენებში. კლასიკური მექანიკა, მაგრამ კრისტალური ელექტრონების ტალღური მექანიკის ცნებებში.
ზოგადად უარყოფითი მასის ნაწილაკები ძალიან უცნაურად იქცეოდნენ ჩვენი ჩვეული მაკროსკოპული წარმოდგენის თვალსაზრისით. თუ ასეთი ნაწილაკი, ურთიერთქმედებს გარემო, განიცდიდა ხახუნის წინააღმდეგობას, შემდეგ მას მოუწევდა განუწყვეტლივ აჩქარება და არა შენელება, როგორც ჩვეულებრივი ნაწილაკი. და ეს ყველაფერი გამოწვეულია იმით, რომ უარყოფითი მასები ზოგადად ეწინააღმდეგება ჩვეულებრივ კლასიკურ თერმოდინამიკას.
თუ დავუშვებთ უარყოფითი მასის ნაწილაკებს, ჩვენ გვჯერა, რომ ფიზიკურ სისტემებს შეიძლება ჰქონდეთ თვითნებურად დიდი დადებითი ენერგიები, ისევე როგორც თვითნებურად მცირე უარყოფითი ენერგიები ქვემოდან არაფრით შეზღუდული. მინუს ნაწილაკების შემცველი სისტემების ეს თვისება ეწინააღმდეგება თერმოდინამიკის ერთ-ერთ საწყის აქსიომას - თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობის არსებობის პოსტულატს. თუმცა, წონასწორობის ეს მდგომარეობა ყველასთვის შეუძლებელია. ფიზიკური სისტემები. ასეთ სისტემებს აქვთ თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობა.
შეცვლილი ნეგატიური მასის არასტაბილურობა დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს DCX-II ობიექტზე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში, სადაც, როგორც გაირკვა, ეს იწვევს სრულიად მოულოდნელ, კურიოზულ შედეგებს.
უარყოფითი მასების მეთოდის საილუსტრაციოდ განვსაზღვრავთ R რადიუსის მრგვალი ჰომოგენური ფირფიტის სიმძიმის ცენტრს ჭრილით რადიუსის წრის სახით - R (ნახ. ვინაიდან ამოჭრილ ფირფიტას აქვს სიმეტრიის ღერძი, მისი სიმძიმის ცენტრი დევს ამ ღერძზე.
უარყოფითი მოსვენების მასის მქონე ნაწილაკების თვისებები საკმაოდ უჩვეულოა. მაგალითად, m0r0-ზე ნაწილაკების სიჩქარის ვექტორი და მისი იმპულსის ვექტორი ყოველთვის მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით.
დავუშვათ, რომ უარყოფითი მასის ნაწილაკები შეიძლება გამოსხივდეს ან შეიწოვოს ჩვეულებრივი ნაწილაკების სისტემებით, ისევე როგორც, მაგალითად, ფოტონები ან n; - მეზონები. თუმცა, მინუს ნაწილაკის ემისია ნიშნავს A სისტემის ენერგიისა და იმპულსის ზრდას, ზუსტად იგივე, რაც გამოწვეული იქნება მისი პლუს ნაწილაკების შთანთქმით (შესაბამისად აბსოლუტური მნიშვნელობა) მასები. და, ანალოგიურად, B სისტემის მიერ მინუს ნაწილაკების შთანთქმა უდრის ამ სისტემის მიერ პლიუს ნაწილაკების ემისიას.
თუმცა, მაგალითად, უარყოფითი მასის ნაწილაკების გამოყენებით, ჩვენ უკვე დავინახეთ, რომ არის ობიექტები, რომელთა აღმოჩენა შეუძლებელია ჩვეულებრივი ინსტრუმენტებით, მაგრამ მათი აღმოჩენა შესაძლებელია ფუნდამენტურად ახალი საზომი მოწყობილობების გამოყენებით. ამიტომ, გასათვალისწინებელია სპეციალური საზომი სისტემების არსებობის შესაძლებლობა, რომლებსაც შეუძლიათ წარმოსახვითი მასის ნაწილაკების რეგისტრაცია.
ტუტე უარყოფითი მასისა და ტუტე პასტის მომზადებაზე მუშაობისას, რომელიც შეიცავს ტუტე ელექტროლიტს, დაცული უნდა იყოს ტუტეებთან მუშაობის უსაფრთხოების ყველა მოთხოვნა (იხ.
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 ენერგიულს 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 სხვადასხვა ლაზერები, რომლებმაც შეცვალეს ზოგიერთი ატომის ბრუნვა. 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 მწკრივში.
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 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 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 ქ. უფასო წვდომა arXiv.org-ზე (arXiv:1612.04055).
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 ენერგიულს 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 სხვადასხვა ლაზერები, რომლებმაც შეცვალეს ზოგიერთი ატომის ბრუნვა. 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 შეკრული ძალის კოეფიციენტებით. ექსპერიმენტის რეალური შედეგები წითლადაა, სიმულაციაში პროგნოზის შედეგები შავია
ქვედა დიაგრამა არის შუა ჩარჩოს გაფართოებული მონაკვეთი სურათი 1-ის ქვედა მწკრივში.
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 განთავსდა 2016 წლის 13 დეკემბერს საჯარო დომენში arXiv.org (arXiv:1612.04055).
