ვაშინგტონის უნივერსიტეტის (აშშ) მკვლევარებმა რუბიდიუმის ატომებიდან მიაღწიეს ნეგატიური ეფექტური მასის მქონე ნივთიერების ქცევას. ეს ნიშნავს, რომ ეს ატომები არ დაფრინავდნენ ამ გავლენის ვექტორის მიმართულებით გარე გავლენის ქვეშ. ექსპერიმენტულ პირობებში ისინი ისე იქცეოდნენ, თითქოს უხილავ კედელს ეჯახებოდნენ ყოველ ჯერზე, როცა უახლოვდებოდნენ ძალიან მცირე მოცულობის რეგიონის საზღვრებს. შესაბამისი გამოქვეყნებულია ქ ფიზიკური მიმოხილვის წერილები.ექსპერიმენტი მედიის მიერ არასწორად იქნა განმარტებული, როგორც "მატერიის შექმნა უარყოფითი მასით" (თეორიულად, ის საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ჭიის ხვრელები შორს. კოსმოსში მოგზაურობა). სინამდვილეში, უარყოფითი მასის მქონე ნივთიერების მიღება, თუ ეს შესაძლებელია, ბევრად აღემატება მისაღწევს თანამედროვე მეცნიერებადა ტექნოლოგიები.

რუბიდიუმის ატომები იძულებულნი იყვნენ მოძრაობდნენ მათზე მიმართული ძალის ვექტორის საპირისპირო მიმართულებით. მედიამ ეს არასწორად განმარტა, როგორც „უარყოფითი მასის“ მქონე ნივთიერების შექმნა.

ნაწარმოების ავტორებმა ლაზერით შეანელეს რუბიდიუმის ატომები (ნაწილაკების სიჩქარის შემცირება მის გაცივებას ნიშნავს). გაგრილების მეორე ეტაპზე ყველაზე ენერგიულ ატომებს გაცივებული მოცულობის დატოვება მიეცათ. ამან ის კიდევ უფრო გააგრილა, როგორც მაცივრის ატომების აორთქლება აგრილებს შინაური მაცივრის შიგთავსს. მესამე ეტაპზე გამოიყენეს ლაზერების სხვადასხვა ნაკრები, რომელთა პულსებმა შეცვალეს ბრუნი (გამარტივებული, გარშემო ბრუნვის მიმართულება საკუთარი ღერძი) ატომების ნაწილები.

მას შემდეგ, რაც გაცივებულ მოცულობაში ზოგიერთ ატომს განაგრძობდა ნორმალური ტრიალი, ხოლო სხვები მიიღეს საპირისპირო, მათმა ურთიერთქმედებამ შეიძინა უჩვეულო ხასიათი. ნორმალურ ქცევაში, რუბიდიუმის ატომები, რომლებიც ეჯახებიან ერთმანეთს, გაფრინდებიან სხვადასხვა მხარეები. ცენტრალური ატომები უბიძგებს გარე ატომებს, აჩქარებს მათ ძალის გამოყენების მიმართულებით (პირველი ატომის მოძრაობის ვექტორი). სპინებში შეუსაბამობის გამო, პრაქტიკაში, კელვინის მცირე ფრაქციებამდე გაცივებული რუბიდიუმის ატომები არ დაფრინავდნენ ერთმანეთისგან შეჯახების შემდეგ და რჩებოდნენ საწყის მოცულობაში, უდრის დაახლოებით მეათასედს კუბურ მილიმეტრს. გარედან თითქოს უხილავ კედელს ეჯახებოდნენ.

ძალიან შორეული ანალოგია ატომების ჯგუფისთვის სხვადასხვა სპინით - ორი ან მეტის შეჯახება ფეხბურთის ბურთებიგვერდითი დარტყმა წინასწარ გადაუგრიხეს თავისი ღერძის გარშემო სხვადასხვა მიმართულებით როტაციამდე. ნათელია, რომ შეჯახების შემდეგ მათი მოძრაობის მიმართულებები და სიჩქარე მნიშვნელოვნად განსხვავდება ჩვეულებრივი ბურთების იგივე შედეგებისგან. მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ბურთები შეიცვალა ფიზიკური მასა. შეიცვალა მხოლოდ მათი ერთმანეთთან ურთიერთობის ბუნება. ასევე ექსპერიმენტში ატომების მასა არ გახდა უარყოფითი. გრავიტაციულ ველში ისინი მაინც დაეშვნენ. ის, რაც რეალურად შეიცვალა, იყო მხოლოდ ის ადგილი, სადაც ისინი მოძრაობდნენ სხვა მსგავს ატომებთან შეჯახების შემდეგ, მაგრამ მათი ღერძის გარშემო სხვა მიმართულებით „ბრუნავდნენ“.

რუბიდიუმის ატომების ქცევა ექსპერიმენტში შეესაბამება უარყოფითი ეფექტური მასის განმარტებას ფიზიკაში. იგი გამოიყენება, მაგალითად, ელექტრონის ქცევის აღწერისას ბროლის გისოსი. მისთვის ფორმალური მასა დამოკიდებულია მოძრაობის მიმართულებაზე ბროლის ღერძებთან მიმართებაში. ერთი მიმართულებით მოძრაობს, ის აჩვენებს ერთ განსხვავებას (გაფანტვას), მეორეში - მეორეს. ეფექტური მასის ცნება შემოიღეს მათთვის, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში, ფორმულებით მათი გაფანტვის აღწერისას, მასა დაიწყებდა ენერგიაზე დამოკიდებულებას, რაც არც თუ ისე მოსახერხებელია გამოთვლებისთვის. უარყოფითი ეფექტური მასის მაგალითია ხვრელების ქცევა ნახევარგამტარებში, რომელთანაც თანამედროვე ელექტრონიკის ყველა მომხმარებელი უნდა გაუმკლავდეს.

მედიის უმეტესობამ, მათ შორის რუსულმა, ექსპერიმენტი განმარტა, როგორც უარყოფითი მასის მქონე ნივთიერების შექმნა. თეორიულად, მსგავსი თვისებების მქონე მატერია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჭიის ხვრელების სამუშაო მდგომარეობაში შესანარჩუნებლად, რაც საშუალებას მისცემს შორ მანძილზე მოგზაურობას სივრცეში და დროში თითქმის ნულოვანი დროით. ასეთი ნივთიერების შექმნის პრაქტიკული შესაძლებლობა, ისევე როგორც თავად ჭიის ხვრელები, ჯერ არ არის დადასტურებული. თუ ეს შესაძლებელია, არარეალურია მისი მოპოვება კაცობრიობის თანამედროვე ტექნიკური შესაძლებლობებით.

რეკომენდირებულია ყურება 1280 x 800 გარჩევადობით

„ტექნიკა-ახალგაზრდობა“, 1990, No10, გვ. 16-18.

სკანირებულია იგორ სტეპიკინის მიერ

თამამი ჰიპოთეზების ტრიბუნა

პონკრატ ბორისოვი, ინჟინერი
უარყოფითი მასა: უფასო ფრენა უსასრულობისკენ

ამ თემაზე სტატიები 30 წელზე მეტია დროდადრო ჩნდება უცხოურ და საბჭოთა ფიზიკურ ჟურნალებში. მაგრამ, უცნაურად საკმარისია, რომ მათ ჯერ კიდევ არ მიიპყრო პოპულარიზატორების ყურადღება. მაგრამ პრობლემა უარყოფითი მასადა თუნდაც მკაცრად სამეცნიერო გარემოში- შესანიშნავი საჩუქარი თანამედროვე ფიზიკის პარადოქსების მოყვარულთათვის და სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლებისთვის. მაგრამ ასეთია ქონება სპეციალური ლიტერატურა: მასში არსებული შეგრძნება შეიძლება დარჩეს ათწლეულების განმავლობაში დაფარული...

Ისე, ჩვენ ვსაუბრობთმატერიის ჰიპოთეტური ფორმის შესახებ, რომლის მასა ჩვეულებრივის ნიშნით საპირისპიროა. მაშინვე ჩნდება კითხვა: რას ნიშნავს ეს სინამდვილეში? და მაშინვე ცხადი ხდება: არც ისე ადვილია უარყოფითი მასის ცნების სწორად განსაზღვრა.

უდავოა, მას უნდა ჰქონდეს გრავიტაციული მოგერიების თვისება. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ მხოლოდ ეს არ არის საკმარისი. AT თანამედროვე ფიზიკამასის ოთხი ტიპი მკაცრად გამოირჩევა:

გრავიტაციული აქტიური - ის, ვინც იზიდავს (თუ დადებითია, რა თქმა უნდა);

გრავიტაციული პასიური - ის, ვინც იზიდავს;

ინერტული, რომელიც იძენს გარკვეულ აჩქარებას გამოყენებული ძალის მოქმედებით (a \u003d F / m);

და ბოლოს, აინშტაინის მოსვენების მასა, რომელიც ადგენს სხეულის მთლიან ენერგიას (E = mC 2).

ზოგადად მიღებული თეორიების ფარგლებში, ისინი ყველა თანაბარია სიდიდით. მაგრამ აუცილებელია მათი ერთმანეთისგან გარჩევა და ეს ცხადი ხდება მხოლოდ უარყოფითი მასის განსაზღვრისას. ფაქტია, რომ ის სრულიად საპირისპირო იქნება ჩვეულებრივის მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი ოთხივე ტიპი გახდება უარყოფითი.

ამ მიდგომიდან გამომდინარე, ამ თემაზე პირველივე სტატიაში, რომელიც გამოქვეყნდა ჯერ კიდევ 1957 წელს, ინგლისელი ფიზიკოსი X. ბონდიმ განსაზღვრა „მინუს-მასის“ ძირითადი თვისებები მკაცრი მტკიცებულებებით.

აქ მათი გამეორება არც ისე რთულია, რადგან ისინი მხოლოდ ნიუტონის მექანიკას ეფუძნება. მაგრამ ეს გააფუჭებს ჩვენს ამბავს და შემდეგ არის უამრავი ფიზიკური და მათემატიკური „დახვეწილობა“. ამიტომ, მოდით პირდაპირ გადავიდეთ შედეგებზე, მით უმეტეს, რომ ისინი საკმაოდ ნათელია.

პირველ რიგში, „მინუს მატერიამ“ გრავიტაციულად უნდა მოიგერიოს ნებისმიერი სხვა სხეული, ანუ არა მხოლოდ უარყოფითი, არამედ დადებითი მასითაც (მაშინ, როცა ჩვეულებრივი მატერია, პირიქით, ყოველთვის იზიდავს ორივე ტიპის მატერიას). გარდა ამისა, ნებისმიერი ძალის მოქმედებით, ინერციის ძალამდე, ის უნდა მოძრაობდეს მიმართულებით საპირისპირო ვექტორიეს ძალა. და ბოლოს, მისი მთლიანი აინშტაინის ენერგიაც უარყოფითი უნდა იყოს.

ამიტომ, სხვათა შორის, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვენი საოცარი საკითხი- არა ანტიმატერია, რომლის მასა კვლავ დადებითად ითვლება. მაგალითად, მიერ თანამედროვე იდეებიანტიმატერიიდან „მიწის საწინააღმდეგო“ მზის გარშემო ბრუნდება ზუსტად იმავე ორბიტაზე, როგორც ჩვენი პლანეტა.

ეს ყველაფერი თითქმის აშკარაა. მაგრამ შემდეგ იწყება წარმოუდგენელი.

ავიღოთ იგივე სიმძიმე. თუ ორი ჩვეულებრივი სხეული იზიდავს და უახლოვდება ერთმანეთს, ხოლო ორი ანტიმასი მოგერიებს ერთმანეთს და იფანტება, მაშინ რა ხდება სხვადასხვა ნიშნის მასების გრავიტაციული ურთიერთქმედების დროს?

Იყოს უმარტივესი შემთხვევა: სხეული (ვთქვათ ბურთი) მატერიისგან შექმნილი უარყოფითი მასით -M არის ობიექტის უკან (დავარქვათ მას "რაკეტა" - ახლა გავარკვევთ რატომ) თანაბარი დადებითი მასით +M. ნათელია, რომ ბურთის გრავიტაციული ველი იზიდავს რაკეტას, თავად კი იზიდავს ბურთს. მაგრამ აქედან გამომდინარეობს (ეს კიდევ ერთხელ მკაცრად დადასტურდა), რომ მთელი სისტემა იმოძრავებს სწორი ხაზის გასწვრივ, რომელიც აკავშირებს ორი მასის ცენტრებს. მუდმივი აჩქარებამათ შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების სიძლიერის პროპორციულია!

რა თქმა უნდა, ერთი შეხედვით, სპონტანური, უმიზეზო მოძრაობის ეს სურათი მხოლოდ ერთ რამეს „ამტკიცებს“: ანტიმასები იმ თვისებებით, რომლებიც მას თავიდანვე მივაწერდით განმარტებაში, უბრალოდ არ შეიძლება არსებობდეს. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენ მივიღეთ, როგორც ჩანს, ყველაზე უცვლელი კანონების დარღვევათა მთელი წყება.

აბა, აქ სრულიად ღიად არ ირღვევა მაგალითად იმპულსის შენარჩუნების კანონი? ორივე სხეული, ყოველგვარი მიზეზის გარეშე, ერთი და იგივე მიმართულებით მირბის, მაშინ როცა არაფერი მოძრაობს საპირისპირო მიმართულებით. მაგრამ გახსოვდეთ, რომ ერთ-ერთი მასა ნეგატიურია! მაგრამ ეს ნიშნავს, რომ მის იმპულსს, სიჩქარის მიუხედავად, აქვს მინუს ნიშანი: (-M) V და შემდეგ ტოტალური იმპულსიორსხეულიანი სისტემა ისევ ნულოვანია!

იგივე ეხება სისტემის მთლიან კინეტიკურ ენერგიას. სანამ სხეულები მოსვენებულნი არიან, ის ნულის ტოლია. მაგრამ რაც არ უნდა სწრაფად მოძრაობდნენ, არაფერი იცვლება: ბურთის უარყოფითი მასა, ფორმულის (-M)V 2/2 სრული შესაბამისად, აგროვებს უარყოფითს. კინეტიკური ენერგია, რაც ზუსტად ანაზღაურებს რაკეტის დადებითი ენერგიის ზრდას.

თუ ეს ყველაფერი აბსურდულად მოგეჩვენებათ, მაშინ იქნებ „სოლი სოლით დავამარცხოთ“ - მოდით, ერთი აბსურდი მეორეთი დავამტკიცოთ? მეექვსე კლასიდან ვიცით, რომ თანაბარი წერტილის მასების ცენტრი (რა თქმა უნდა, დადებითი) შუაშია მათ შორის. ასე რომ - როგორ გსურთ შემდეგი გამომავალი? სხვადასხვა ნიშნის თანაბარი წერტილის მასების ცენტრი დევს, მართალია მათზე გამავალ სწორ ხაზზე, მაგრამ არა შიგნით, არამედ მათი დამაკავშირებელი სეგმენტის გარეთ, ±Ґ წერტილში?!

ისე, უფრო ადვილია?

სხვათა შორის, ეს დასკვნა უკვე საკმაოდ ელემენტარულია და ყველას სურვილის შემთხვევაში შეუძლია გაიმეოროს იგივე მეექვსე კლასის დონეზე ფიზიკის მფლობელი.

ვისაც არ სჯერა ერთი სიტყვის და სურს დარწმუნდეს, რომ ყველა გამოთვლა სწორია, შეუძლია მიმართოს ერთ-ერთს უახლესი პუბლიკაციებიამ თემაზე - სტატია ამერიკელი ფიზიკოსი R. Forward "სარაკეტო ძრავა უარყოფითი მასის სუბსტანციაზე", გამოქვეყნებულია თარგმნილ ჟურნალში " საჰაერო კოსმოსური ინჟინერია» No4 1990 წ.

მაგრამ, ალბათ, დახვეწილ მკითხველს ჰგონია, რომ ყოველგვარი გათვლების გარეშეც მიხვდა, სად გადაუსრიალეს მას „ცაცხვი“? მართლაც: ყველა ამ ელეგანტურ არგუმენტში კითხვა ჩუმდება: საიდან გაჩნდა ასეთი მშვენიერი მასა? ყოველივე ამის შემდეგ, როგორიც არ უნდა იყოს მისი წარმოშობა, მას ენერგია დასჭირდება "გამოსაღებად", "დამზადებისთვის" ან, ვთქვათ, მოქმედების ადგილზე მიტანისთვის, რაც ნიშნავს ...

ვაი, დახვეწილ მკითხველო! ენერგია, რა თქმა უნდა, საჭირო იქნება, მაგრამ ისევ უარყოფითი. არაფრის გაკეთება არ შეიძლება: აინშტაინის ფორმულაში სხეულის მთლიანი ენერგიის E = Ms 2, ჩვენს საოცარ მასას აქვს იგივე მინუს ნიშანი. ეს ნიშნავს, რომ წყვილი სხეულების "წარმოება" სხვადასხვა ნიშნის თანაბარი მასით, საჭიროებს ნულს მთლიან ენერგიას. იგივე ეხება მიწოდებას და ნებისმიერ სხვა მანიპულაციას.

არა - რაც არ უნდა პარადოქსული იყოს ყველა ეს შედეგი, მკაცრი დასკვნები ნათქვამია, რომ ანტიმასის არსებობა არ ეწინააღმდეგება არა მხოლოდ ნიუტონის მექანიკას, არამედ ზოგადი თეორიაფარდობითობა. მის არსებობაზე რაიმე ლოგიკური აკრძალვის პოვნა ვერ მოხერხდა.

კარგი - თუ თეორია "ნებას რთავს", მაშინ ვიფიქროთ, მაგალითად, - რა შეიძლება მოხდეს როდის ფიზიკური კონტაქტიმატერიის ორი იდენტური ნაწილაკი პლუს და მინუს მასებით? „ჩვეულებრივი“ ანტიმატერიით ყველაფერი ნათელია: განადგურება მოხდება ორივე სხეულის მთლიანი ენერგიის გათავისუფლებით. მაგრამ თუ ორი თანაბარი მასიდან ერთ-ერთი უარყოფითია, მაშინ მათი ჯამური ენერგია, როგორც ახლა გავიგეთ, არის ნული. მაგრამ რა დაემართება მათ სინამდვილეში - ეს უკვე თეორიას სცილდება.

ასეთი მოვლენის შედეგი შეიძლება მხოლოდ ცნობილი იყოს ემპირიულად. შეუძლებელია მისი "გამოთვლა" - ბოლოს და ბოლოს, ჩვენ წარმოდგენა არ გვაქვს უარყოფითი მასის "მოქმედების მექანიზმის" შესახებ, მისი " შიდა მოწყობა”(თუმცა, ჩვენ არ ვიცით ეს ჩვეულებრივი მასის შესახებ). თეორიულად, ერთი რამ ცხადია: ნებისმიერ შემთხვევაში, სისტემის მთლიანი ენერგია ნული დარჩება. ჩვენ გვაქვს უფლება წამოვაყენოთ მხოლოდ ჰიპოთეზა, როგორც ამას იგივე ფორვარდი აკეთებს. მისი ვარაუდით, ფიზიკური ურთიერთქმედებააქ ეს იწვევს არა განადგურებას, არამედ ეგრეთ წოდებულ „გაბათილებას“, ანუ ნაწილაკების „მშვიდად“ ორმხრივ განადგურებას, მათ გაქრობას ენერგიის ყოველგვარი გამოყოფის გარეშე.

მაგრამ, ვიმეორებთ, მხოლოდ ექსპერიმენტს შეეძლო ამ ჰიპოთეზის დადასტურება ან უარყოფა.

იგივე მიზეზების გამო, ჩვენ არაფერი ვიცით, თუ როგორ უნდა "გავაკეთოთ" უარყოფითი მასა (თუ ეს შესაძლებელია). თეორია მხოლოდ ამას ამბობს თანაბარი მასა საპირისპირო ნიშანიპრინციპში, ისინი შეიძლება წარმოიშვას ენერგეტიკული ხარჯების გარეშე. და როგორც კი ასეთი წყვილი სხეული გამოჩნდება, ის გაფრინდება, აჩქარდება, სწორი ხაზით უსასრულობისკენ...

რ. ფორვარდმა თავის სტატიაში უკვე „შეიმუშავა“ უარყოფითი მასის ძრავა, რომელსაც შეუძლია მიგვიყვანოს სამყაროს ნებისმიერ წერტილამდე, ნებისმიერი აჩქარებით, რომელსაც ჩვენ ვაყენებთ. გამოდის, რომ ამისათვის საჭიროა მხოლოდ ... წყვილი კარგი ზამბარა ("მინუს-მასის" ყველა ურთიერთქმედება ჩვეულებრივთან ელასტიური ძალების საშუალებით, რა თქმა უნდა, ასევე დეტალურად არის გათვლილი).

მაშ ასე, მოდი ჩვენი მშვენიერი მასა, რაკეტის მასის ტოლი ზომით, მისი „ძრავის განყოფილების“ შუაში მოვათავსოთ. თუ თქვენ გჭირდებათ წინ ფრენა, გადაჭიმეთ ზამბარა უკანა კედლიდან და მიამაგრეთ მისი უარყოფითი მასის სხეული. დაუყოვნებლივ მათი "გარყვნილების" გამო ინერციული თვისებებიის მივარდება არა იქ, სადაც იწევს, არამედ პირდაპირ საწინააღმდეგო მიმართულებარაკეტის მითრევა ზამბარის დაძაბულობის ძალის პროპორციული აჩქარებით.

აჩქარების შესაჩერებლად საკმარისია ზამბარის ამოღება. ხოლო გემის შესანელებლად და გასაჩერებლად საჭიროა გამოიყენოთ მეორე ზამბარა, რომელიც დამაგრებულია ძრავის განყოფილების წინა კედელზე.

და მაინც არის "თავისუფალი ძრავის" ნაწილობრივი უარყოფა! მართალია, ეს სრულიად მოულოდნელი მხრიდან მოდის. მაგრამ მეტი ამის შესახებ ბოლოს.

იმავდროულად, მოდი ვეძებოთ ადგილები, სადაც შეიძლება იყოს დიდი რაოდენობით უარყოფითი მასა. ასეთ ადგილებს გვთავაზობს გიგანტური სიცარიელეები, რომლებიც გვხვდება სამყაროში გალაქტიკების განაწილების ფართომასშტაბიან სამგანზომილებიან რუქებზე - ფენომენები, რომლებიც თავისთავად ყველაზე საინტერესოა. როგორც ჩანს ნახ. 2, ამ ღრუების ზომები, რომლებსაც ასევე უბრალოდ "ბუშტებს" უწოდებენ, არის დაახლოებით 100 მილიონი სინათლის წელი (მაშინ როდესაც ჩვენი გალაქტიკის ზომები დაახლოებით 0,06 მილიონი სინათლის წელია). ამრიგად, ყველაზე დიდი მასშტაბით, სამყაროს აქვს "ქაფის" სტრუქტურა.

ბუშტების საზღვრები მკაფიოდ არის მონიშნული მტევნებით დიდი რიცხვიგალაქტიკები. შიგნით პრაქტიკულად არ არის ბუშტები და თუ ისინი იქ აღმოჩნდებიან, მაშინ ეს ძალიან უჩვეულო ობიექტებია. მათ ახასიათებთ მძლავრი მაღალი სიხშირის გამოსხივების სპექტრები. ამჟამად ითვლება, რომ ბუშტები შეიცავენ „ჩავარდნილ“ გალაქტიკებს ან ჩვეულებრივი წყალბადის გაზის ღრუბლებს.

მაგრამ შესაძლებელია თუ არა ვივარაუდოთ, რომ სამყაროს "ქაფის" სტრუქტურა მისი წარმოქმნის შედეგია უარყოფითი და დადებითი მასის იგივე რაოდენობის ნაწილაკებისგან? სხვათა შორის, ასეთი ახსნადან გამომდინარეობს ძალიან მიმზიდველი შედეგი: სამყაროს მთლიანი მასა ყოველთვის იყო და რჩება. ნული. შემდეგ ბუშტებია ბუნებრივი ადგილებიმინუს-მასისთვის, რომლის ნაწილაკები შეძლებისდაგვარად იშლება ერთმანეთისგან. და დადებითი მასა მიიწევს ბუშტების ზედაპირზე, სადაც გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ აყალიბებს გალაქტიკებს და ვარსკვლავებს. აქვე შეგვიძლია გავიხსენოთ ა.ა.ბარანოვის სტატია, რომელიც ჯერ კიდევ 1971 წელს გამოჩნდა ჟურნალ იზვესტია ვუზოვის No11-ში. ფიზიკა“. იგი განიხილავს სამყაროს კოსმოლოგიურ მოდელს ნაწილაკებით, რომლებსაც აქვთ ორივე ნიშნის მასები. ამ მოდელის გამოყენებით ავტორი განმარტავს კოსმოლოგიური მუდმივისა და ჰაბლის წითელშიფრის ექსპერიმენტულ შეფასებებს, ასევე ზოგიერთს. ანომალიური მოვლენებიდაფიქსირდა ურთიერთმოქმედ გალაქტიკებში.

კიდევ ერთი შესაძლო ნიშანი დიდი რაოდენობითუარყოფითი მასა - ძალიან სწრაფი "დინების" არსებობა სამყაროს ფართომასშტაბიან სტრუქტურებში. ამგვარად, ჩვენი გალაქტიკის შემცველი სუპერგროვა "მიედინება" 600 კმ/წმ სიჩქარით ფონზე დასვენების დროს. რელიქტური გამოსხივება. ასეთი სიჩქარე არ ჯდება ცივი ბნელი მატერიისგან გალაქტიკების წარმოქმნის თეორიების ჩარჩოებში. რ. ფორვარდი გვთავაზობს ამ ფენომენის ახსნას, უარყოფითი მასის შემცველი ბუშტუკებიდან სუპერგროვების კოლექტიური მოგერიების გათვალისწინებით.

ასე რომ, ნეგატიურ მატერიას მხოლოდ გაფანტვა შეუძლია. მაგრამ ეს, როგორც ირკვევა, არის ნაწილობრივი უარყოფა მრავალი დასკვნისა, რომელიც განიხილებოდა. ყოველივე ამის შემდეგ, მატერიის ნაწილაკების გრავიტაციული მოგერიების თვისება, როგორიც არ უნდა იყოს მათი ბუნება, აუცილებლად მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ეს ნაწილაკები ვერ იკრიბებიან გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ. უფრო მეტიც, ვინაიდან უარყოფითი მასის ნაწილაკი რაიმე ძალის მოქმედების ქვეშ მოძრაობს ამ ძალის ვექტორის საპირისპირო მიმართულებით, მაშინ ჩვეულებრივი ატომთაშორისი ურთიერთქმედება ვერ აკავშირებს ასეთ ნაწილაკებს „ნორმალურ“ სხეულებში.

მაგრამ ვიმედოვნებთ, რომ მკითხველმა მაინც მიიღო სიამოვნება ყველა ამ არგუმენტისგან ...

ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა უარყოფითი მასის მქონე სითხე შექმნეს. უბიძგეთ მას და განსხვავებით ყველა ფიზიკური ობიექტისგან მსოფლიოში, რომელიც ჩვენ ვიცით, ის არ აჩქარებს ბიძგის მიმართულებით. ის აჩქარებს საპირისპირო მხარეს. ეს ფენომენი იშვიათად იქმნება ლაბორატორიაში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას კოსმოსის შესახებ უფრო რთული კონცეფციების შესასწავლად, ამბობს მაიკლ ფორბსი, ასოცირებული პროფესორი, ფიზიკოსი და ასტრონომი ვაშინგტონის უნივერსიტეტიდან. კვლევა გამოჩნდა Physical Review Letters-ში.

ჰიპოთეტურად, მატერიას შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი მასა იმავე გაგებით ელექტრული მუხტიშეიძლება იყოს როგორც უარყოფითი, ასევე დადებითი. ხალხი იშვიათად ფიქრობს ამაზე და ჩვენი ყოველდღიური სამყარო აჩვენებს მხოლოდ ისააკ ნიუტონის მოძრაობის მეორე კანონის დადებით ასპექტებს, რომლის მიხედვითაც სხეულზე მოქმედი ძალა უდრის სხეულის მასისა და ამ ძალის მიერ მიწოდებული აჩქარების ნამრავლს. , ან F = ma.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ ობიექტს უბიძგებთ, ის აჩქარდება თქვენი ბიძგის მიმართულებით. მასა დააჩქარებს მას ძალის მიმართულებით.

„ჩვენ შეჩვეულები ვართ ამ მდგომარეობას“, ამბობს Forbes და მოულოდნელობის მოლოდინშია. „ნეგატიური მასით, თუ რაიმეს უბიძგებ, ის შენკენ აჩქარდება“.

უარყოფითი მასის პირობები

კოლეგებთან ერთად მან შექმნა უარყოფითი მასის პირობები რუბიდიუმის ატომების თითქმის გაციებით აბსოლუტური ნულიდა ამგვარად იქმნება ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. შატიენდრანათ ბოზის და ალბერტ აინშტაინის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები მოძრაობენ ძალიან ნელა და პრინციპების დაცვით. კვანტური მექანიკაიქცევა ტალღებივით. ისინი ასევე სინქრონიზდებიან და მოძრაობენ უნისონში, როგორც ზესთხევადი, რომელიც მიედინება ენერგიის დაკარგვის გარეშე.

ვაშინგტონის უნივერსიტეტის ფიზიკისა და ასტრონომიის პროფესორის, პიტერ ენგელსის ხელმძღვანელობით, მეცნიერებმა Webster Hall-ის მეექვსე სართულზე შექმნეს ეს პირობები ლაზერების გამოყენებით ნაწილაკების შენელებისთვის, რაც მათ უფრო გაცივებულს და ცხელ, მაღალი ენერგიის ნაწილაკებს გაქცევის საშუალებას აძლევს. ორთქლი, კიდევ უფრო გაგრილდება მასალა.

ლაზერებმა ატომები ისე დაიჭირეს, თითქოს ისინი ას მიკრონიზე ნაკლები ზომის თასში იყვნენ. ამ ეტაპზე ზესთხევად რუბიდიუმს ჩვეულებრივი მასა ჰქონდა. თასის გახეთქვამ საშუალება მისცა რუბიდიუმს გაქცეულიყო, გაფართოვდა, რადგან ცენტრში მყოფი რუბიდიუმი იძულებული გახდა გარეთ გასულიყო.

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 მიმართულებაამბობს Forbes. "ეს ჰგავს რუბიდიუმის შეჯახებას უხილავ კედელს."

ძირითადი დეფექტების აღმოფხვრა

ვაშინგტონის უნივერსიტეტის მეცნიერების მიერ გამოყენებული მეთოდი თავიდან აიცილა უარყოფითი მასის გაგების წინა მცდელობებში აღმოჩენილი ზოგიერთი ძირითადი ხარვეზი.

„პირველი, რაც ჩვენ მივხვდით, არის ის, რომ ჩვენ გვაქვს მჭიდრო კონტროლი ამ ნეგატიური მასის ბუნებაზე ყოველგვარი გართულების გარეშე“, - ამბობს Forbes. მათი კვლევა უკვე უარყოფითი მასის პოზიციიდან ხსნის მსგავს ქცევას სხვა სისტემებში. გაზრდილი კონტროლი აძლევს მკვლევარებს ახალი ინსტრუმენტიასტროფიზიკაში მსგავსი ფიზიკის შესასწავლად ექსპერიმენტების შემუშავება მაგალითის გამოყენებით ნეიტრონული ვარსკვლავებიდა კოსმოლოგიური ფენომენები, როგორიცაა შავი ხვრელები და ბნელი ენერგია, სადაც ექსპერიმენტები უბრალოდ შეუძლებელია.

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 შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი მასა ისევე, როგორც ელექტრულ მუხტს შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი ან დადებითი მნიშვნელობა.

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 უარყოფითი მასა შეიძლება არსებობდეს ჩვენს სამყაროში ფარდობითობის ზოგადი თეორიის დარღვევის გარეშე.

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 გასაგრილებლად აბსოლუტურ ნულამდე, შექმნას რასაც Bose-Einstein-ის კონდენსატი ეწოდება.

ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები წარმოუდგენლად ნელა და უცნაურად მოძრაობენ, კვანტური მექანიკის უცნაური პრინციპების შესაბამისად 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.

1. 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...
2. 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...

ბრიტანელმა ასტროფიზიკოსმა ჯეიმი ფარნსმა შესთავაზა კოსმოლოგიური მოდელი, რომელშიც უარყოფითი მასა იწარმოება მუდმივი სიჩქარესამყაროს ევოლუციის განმავლობაში. ეს მოდელი ეწინააღმდეგება ზოგადად მიღებულ შეხედულებას მატერიის ბუნების შესახებ, თუმცა ის კარგად ხსნის იმ ეფექტების უმეტესობას, რომლებიც ჩვეულებრივ მიეკუთვნება ბნელ მატერიას და ბნელ ენერგიას, კერძოდ, სამყაროს გაფართოებას, ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის ფორმირებას. სამყაროსა და გალაქტიკური ჰალო, გალაქტიკების ბრუნვის მრუდები და კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების დაკვირვებული სპექტრი. სტატია გამოქვეყნებულია 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 ურთიერთქმედება, გალაქტიკების ბრუნვის მრუდების მოდიფიცირება და სურათი, არამედ იმიტომ, რომ მეცნიერები ამ ჰიპოთეზას.

ბნელი ენერგია კიდევ უფრო უარესია. ერთადერთი დაკვირვება, რომელიც პირდაპირ ადასტურებს მის არსებობას, ფონური გამოსხივების 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, შემდეგ კი 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 მოდელირება მოახდინა, თავისი მოდელის ფარგლებში, დადებითი და უარყოფითი მასის დიდი რაოდენობით ნაწილაკების ურთიერთქმედება. 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.

პოზიტიური მატერიის "გალაქტიკის" ევოლუცია "ზღვაში" ჩაძირული უარყოფითი საკითხი

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 აღმოაჩინოს 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 დაკვირვებების 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 საძიებლად - თუ ასეთი ძალა ნამდვილად არსებობს, დეტექტორები, პრინციპში, ვერაფერს დაარეგისტრირებდნენ. სამწუხაროდ, ამ მტკიცების გადამოწმება შესაძლებელია მიმდინარე დონეტექნოლოგიის განვითარება შეუძლებელია.

დიმიტრი ტრუნინი