Outra sensação "científica" do exterior me fez estremecer - acabou sendo tão estúpido. Alguns cientistas disseram que foram capazes, dizem eles, de alcançar o efeito de "massa negativa", e os jornalistas da rede quebraram essa piada de abril para as publicações. Vamos analisar o artigo de Ilya Khel do hi-news.ru sobre este evento.

A notícia diz que os físicos da Universidade de Washington criaram um líquido com uma massa negativa. O sinal de tal massa, os físicos acreditam ser este: “Empurre-o e, ao contrário de todos os objetos físicos do mundo que conhecemos, ele não acelerará na direção do empurrão. Ela acelera em lado reverso". Isso foi afirmado por Michael Forbes, professor assistente, físico e astrônomo da Universidade de Washington, e o próprio estudo apareceu na Physical Review Letters.

Explica-se ainda que, hipoteticamente, a matéria, alegadamente, pode ter uma massa negativa, dizem eles, no mesmo sentido em que carga elétrica pode ser tanto negativo quanto positivo. E como ilustração disso, os físicos citam a "Segunda Lei" de Isaac Newton - a força que age sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração transmitida por essa força.

Além disso, aparentemente, o próprio Ilya Khel explica essa “lei”: “Se você empurrar um objeto, ele acelerará na direção do seu empurrão. A massa irá acelerá-lo na direção da força." E a Forbes afirma que “estamos acostumados com esse estado de coisas” e acrescenta: “Com massa negativa, se você empurrar algo, ele acelerará em sua direção”.

Assim, físicos respeitados dos EUA sabem pouco sobre física. Vamos dar uma olhada em suas declarações. Em primeiro lugar, não há uma única obra no mundo em que a essência física da massa seja revelada. Em segundo lugar, não existe uma única definição dessa quantidade física no mundo. Ou seja, ninguém no mundo hoje sabe o que é massa. A busca por uma definição e identificação da essência da massa é uma das mais tarefas reais física moderna.

Como os físicos saem dessa situação? Eles derivam a massa da Segunda Lei de Newton, a mesma mencionada no artigo. No entanto, esses físicos aparentemente não leram o trabalho de Newton. E ele introduziu TAL massa como um coeficiente de proporcionalidade, e não como uma quantidade física. Ou seja, com a massa retirada da "Segunda Lei" de Newton, nenhuma operação pode ser realizada.

Hoje, massa significa inércia - e apenas impede a aceleração, ou seja, segundo os autores do artigo, se comporta como massa negativa. E esse erro é consequência de um mal-entendido dos físicos norte-americanos sobre a essência física da massa.

Agora sobre a "Segunda Lei" de Newton. Isso não é uma lei. Esta é a expressão usual para uma nova quantidade física, que nesta expressão é denotada pela letra "F" e chamada de palavra "Força". Muitas quantidades físicas são escritas dessa maneira, por exemplo, l \u003d vt (o caminho é igual ao produto velocidade vezes tempo), ou S = ab (a área é igual ao produto do comprimento pela largura), etc.

Na verdade não é. Mesmo seguindo as "leis" de Newton, fica claro a partir delas que a massa gera a força central da gravidade, ou seja, a massa tem propriedades centrífugas, onde há apenas 0 e infinito. Sem prós ou contras. Portanto, a física chegou à conclusão há muito tempo: a massa pode ser igual a zero ou ter um valor positivo.

Agora deixe-me explicar o que é massa. Trabalhando em teoria unificada campo, consegui fazer alguns progressos nesse sentido. A massa é complexa. quantidade física, que inclui: 1) o número de partículas no "corpo", 2) seu movimento, 3) a geometria da trajetória do movimento, 4) a probabilidade de encontrar partículas em um local ou outro dessa trajetória. E o mais importante, um corpo tem um número infinito de massas. Esta propriedade foi descoberta no século XIX físico famoso Mach, mas ele não conseguia explicar.

Portanto, ao agir sobre uma massa pela força, não se pode julgar o sinal dessa massa pela direção de seu movimento. Vou te dar um exemplo. Se pegarmos um corpo giratório - um pião - e aplicarmos uma força a ele, o corpo se moverá em uma direção perpendicular à força aplicada. E essa propriedade do giroscópio é ensinada em física na escola. Isso é massa negativa para você! Os físicos dos EUA simplesmente não foram para a 8ª série.

Além disso, eles próprios descrevem seu experimento, que realizaram com um corpo giratório. Aqui está como o trabalho dos “gênios” é descrito: “Junto com colegas, ele criou as condições para a massa negativa, resfriando os átomos de rubídio a um estado de quase zero absoluto e assim criando um condensado de Bose-Einstein. Nesse estado, previsto por Shatyendranath Bose e Albert Einstein, as partículas se movem muito lentamente e, seguindo os princípios mecânica quântica comportam-se como ondas. Eles também sincronizam e se movem em uníssono como um superfluido que flui sem perda de energia.”

Não preste atenção palavras assustadoras tipo condensado. Olhe ao ponto. aqui novamente erro fatal. O autor relata temperatura baixa com a velocidade das partículas, dizem, elas se movem lentamente.

Mas a temperatura não é a velocidade do movimento das partículas em um fluxo, mas a velocidade do movimento de uma parte em uma direção perpendicular a ela! Por exemplo, se um fluido flui paralelamente a uma parede, ele não exerce pressão sobre ela. A pressão é o resultado de um impacto perpendicular na parede do vaso. Isso nos foi transmitido perfeitamente pelos professores do instituto no Departamento de Motores de Foguete. Neles, a vazão é o principal indicador com o qual trabalham.

Portanto, a baixa temperatura é fluxo laminar, e de alta temperatura - turbulento. Não há nada a ver com condensação aqui.

Além disso: “Liderados por Peter Engels, professor de física e astronomia da Universidade de Washington, cientistas do sexto andar do Webster Hall criaram essas condições usando lasers para desacelerar partículas, tornando-as mais frias e permitindo partículas quentes e de alta energia. escapar como vapor, resfriando ainda mais o material".

Aqui está descrito com precisão que partículas com um gradiente transversal excessivo são eliminadas por lasers.

Além disso: “Os lasers capturaram os átomos como se estivessem em uma tigela com menos de cem mícrons de tamanho. Nesta fase, o rubídio superfluido tinha a massa usual. A ruptura da tigela permitiu que o rubídio escapasse, expandindo-se à medida que o rubídio no centro era forçado a sair."

Traduzido em linguagem comum, isso significa que os átomos de rubídio foram colocados em uma estrutura de interferência criada por lasers. Esta estrutura tem uma geometria complexa de velocidades dentro de si. É impossível falar sobre qualquer direção aqui.

Além disso: “Para criar massa negativa, os cientistas usaram um segundo conjunto de lasers que empurravam os átomos para frente e para trás, alterando sua rotação. Agora, quando o rubídio acaba rápido o suficiente, ele se comporta como se tivesse uma massa negativa. "Empurre-o e ele vai acelerar em direção oposta", diz Forbes. "É como rubídio atingindo uma parede invisível."

Aqui outra quantidade física entra em cena - spin. Enquanto trabalhava no livro “Vacuum: concept, structure, properties”, tive que consultar um dos principais departamentos de física sobre spin. instituições físicas países. O chefe do departamento me disse algo assim: “Eu estudo spin há mais de vinte anos, escrevi minhas dissertações de doutorado e doutorado sobre isso, não há especialistas melhores do que eu, mas não sei explicar o que é spin .”

E ele está certo. Não há um conceito claro do que é spin. Portanto, é impossível mudar propositalmente algo que você não entende a natureza. Exemplo: ninguém conhece a língua dos marcianos, então ninguém pode mudar parte das palavras desta língua.

Na minha interpretação, o spin é um indicador do retorno do sistema ao seu estado original: após quantos movimentos fracionários o sistema irá para um estado indistinguível do anterior. Por exemplo, o habitual rotunda 1 círculo - este é o spin igual a 1. Na faixa de Möbius, o spin é 2 - você precisa se mover sequencialmente em ambos os lados da faixa. O seno e o cosseno têm um spin de ½.

Existem muitos opções diferentes, mas é impossível mudar o giro empurrando para frente e para trás. O spin muda apenas mudando a geometria do espaço através do qual o movimento é realizado (tira de Möbius), ou usando um algoritmo diferente para descrever o movimento (seno, cosseno).

NO novamente físicos dos EUA congelaram a estupidez. A razão é que eles se comprometeram a resolver os problemas sem compreender a essência das disposições iniciais. E os jornalistas esmagaram essa "sensação" como a cravagem do centeio.

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NO física moderna massa é entendida várias propriedades objeto físico:

• A massa inercial caracteriza a medida de inércia dos corpos e aparece na segunda lei de Newton. Se uma força arbitrária em sistema inercial contar igualmente acelera diferentes corpos imóveis, então esses corpos recebem a mesma massa inercial.
• A massa gravitacional mostra a força com que o corpo interage com as forças externas. campos gravitacionais- de fato, essa massa é a base para medir a massa por pesagem na metrologia moderna, e que campo gravitacional esse próprio corpo cria (ativo massa gravitacional) - essa massa aparece na lei da gravitação universal.
• A massa em repouso define a energia total do corpo de acordo com a lei de Einstein.

O princípio da equivalência de Einstein afirma que a massa inercial deve ser igual à massa gravitacional passiva, e a lei da conservação do momento exige que a massa gravitacional ativa e passiva sejam iguais. Tudo evidência experimental no este momento mostrar que eles são de fato sempre os mesmos. Ao considerar partículas hipotéticas com massa negativa, é importante adivinhar qual dessas teorias de massa está errada. No entanto, na maioria dos casos, ao analisar a massa negativa, assume-se que o princípio da equivalência e a lei da conservação da quantidade de movimento ainda se aplicam.

Em 1957, Herman Bondy sugeriu em um artigo na Reviews of Modern Physics que a massa poderia ser positiva ou negativa. Ele mostrou que isso não leva a uma contradição lógica se todos os três tipos de massa também são negativos, mas a própria aceitação da existência de massa negativa causa tipos não intuitivos de movimento.

Pela segunda lei de Newton, pode-se ver que um objeto com massa inercial negativa irá acelerar na direção oposta àquela em que foi empurrado, o que pode parecer estranho.

... elétrons em cristal semicondutor adquire uma massa negativa quando acelerado por um forte campo elétrico...

Em 2010, físicos do Instituto Max Born (Berlim) relataram que os elétrons em um cristal semicondutor adquirem massa negativa quando acelerados por um forte campo elétrico. Se o campo elétrico for pequeno, então o movimento de um elétron na banda de condução do cristal obedece às leis de Newton. Neste modo, a massa de um elétron cristalino é uma pequena parte da massa de um elétron livre.

Os pesquisadores mostraram que os elétrons cristalinos em velocidades extremamente altas se comportam de uma maneira completamente diferente. Sua massa até se torna negativa. Em uma das edições da revista Physical Review Letters, eles relataram que aceleraram um elétron em um período muito curto de tempo - 100 femtossegundos a uma velocidade de 4 milhões de km por hora. Depois disso, o elétron parou e até começou a se mover para trás, na direção oposta força operacional. Isso só pode ser explicado pela massa inercial negativa do elétron.

Assim, dentro do cristal, um elétron, dependendo campo elétrico, exibe as propriedades:

• quasipartículas com massa positiva, mas menor que a massa de repouso
• quasipartículas com massa inercial negativa.

Em experimentos, elétrons em um cristal semicondutor de arseneto de gálio foram acelerados por um pulso elétrico extremamente curto com uma força de campo de 30 MV/m e uma duração de 300 femtossegundos. A velocidade do elétron em função do tempo foi medida com alta precisão. Os resultados estão de acordo com os cálculos do prêmio Nobel Felix Bloch, realizados por ele há mais de 80 anos. Cientistas alemães investigaram o movimento dos elétrons no semicondutor de arsenieto de gálio em temperatura do quarto. Eles aplicaram um pulso de campo elétrico de 300 femtossegundos e 30 milhões de volts por metro à amostra. Ao medir a resposta dos elétrons com alta precisão, os físicos descobriram que os primeiros 100 femtossegundos das partículas, como esperado, aceleraram na direção "correta" e conseguiram ganhar velocidade de 1111 quilômetros por segundo. Mas então eles desaceleraram drasticamente durante um período de tempo semelhante e até começaram a se mover na direção oposta, o que só pode ser interpretado como significado negativo massa inercial dos elétrons em um dado momento.

Os autores do experimento afirmam que os resultados obtidos são consistentes com os cálculos teóricos realizados pelo físico suíço, Prêmio Nobel Felix Bloch há mais de 80 anos. Os cientistas explicam o efeito como uma manifestação de uma oscilação parcial de Bloch e o surgimento de um novo modo de transferência de carga em um cristal - seu transporte coerente em intervalos de tempo ultracurtos. Os pesquisadores acreditam que este fenômeno pode ser usado em eletrônica de nova geração operando na faixa de unidades a dezenas de terahertz.

Se falarmos sobre grandes corpos com massa negativa, então sua própria existência parece impossível, do ponto de vista ciência convencional. matéria negativa só podem se espalhar, enquanto a propriedade de repulsão gravitacional das partículas da matéria, qualquer que seja sua natureza, leva inevitavelmente ao fato de que essas partículas não podem se unir sob a influência das forças gravitacionais. Além disso, como uma partícula de massa negativa sob a influência de qualquer força se move na direção, vetor oposto esta força, então as interações interatômicas comuns não podem ligar tais partículas em corpos "normais".

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A massa negativa é preparada a partir de 90% de óxido de cádmio, 7-5% de hidrato de óxido de níquel, 2-5% de óleo diesel.

A massa negativa das baterias Alclum e DEAC consiste em cádmio e ferro na proporção Cd:Fe 4:1; a massa negativa da empresa Tudor é feita de hidrato de óxido de cádmio com adição de 4 5% de níquel e 3 5% de grafite.

O conceito de massa negativa surge se se quer representar a matéria de tal forma que o elétron se mova o tempo todo no mesmo campo externo; neste caso, nada mais resta senão supor que a desaceleração até a velocidade zero ocorre devido à massa negativa. Claro, as forças nas redes que causam essa desaceleração são completamente reais, mas não em representações. mecânica clássica, mas nos conceitos de mecânica ondulatória de elétrons cristalinos.

Partículas de massa negativa em geral se comportariam de maneira muito estranha do ponto de vista de nossas representações macroscópicas habituais. Se tal partícula, interagindo com meio Ambiente, experimentaria resistência ao atrito, então teria que acelerar continuamente e não desacelerar, como uma partícula comum. E tudo isso se deve ao fato de que as massas negativas geralmente contradizem a termodinâmica clássica usual.

Assumindo partículas de massa negativa, acreditamos que os sistemas físicos podem ter energias positivas, bem como energias negativas arbitrariamente pequenas não limitadas por nada de baixo. Essa propriedade de sistemas contendo partículas negativas, no entanto, está em conflito com um dos axiomas iniciais da termodinâmica - o postulado da existência de um estado de equilíbrio termodinâmico. No entanto, este estado de equilíbrio não é possível para todos. sistemas físicos. Tais sistemas têm um estado de equilíbrio termodinâmico.

A instabilidade de massa negativa modificada foi descoberta independentemente em experimentos na instalação DCX-II, onde, como se viu, leva a consequências completamente inesperadas e curiosas.

Para ilustrar o método de massas negativas, determinamos o centro de gravidade de uma placa homogênea redonda de raio R com um recorte na forma de um círculo de raio - R (Fig. Como uma placa com um recorte tem um eixo de simetria, seu centro de gravidade está neste eixo.

As propriedades de uma partícula com massa de repouso negativa são bastante incomuns. Assim, por exemplo, em m0r0 o vetor velocidade da partícula e seu vetor momento são sempre direcionados em direções opostas.

Suponhamos que partículas de massa negativa possam ser emitidas ou absorvidas por sistemas de partículas ordinárias, como, por exemplo, fótons ou n; - mésons. No entanto, a emissão de uma partícula negativa significa um aumento na energia e quantidade de movimento do sistema A, exatamente o mesmo que seria causado pela absorção de uma partícula positiva do mesmo (de acordo com valor absoluto) massas. E, da mesma forma, a absorção de uma partícula negativa pelo sistema B é equivalente à emissão de uma partícula positiva por este sistema.

No entanto, usando partículas de massa negativa como exemplo, já vimos que existem objetos que não podem ser detectados por instrumentos convencionais, mas podem ser detectados usando dispositivos de medição fundamentalmente novos. Portanto, deve-se considerar a possibilidade da existência de sistemas especiais de medição capazes de registrar partículas de massa imaginária.

Ao trabalhar na preparação de massa negativa alcalina e pasta alcalina, que incluem um eletrólito alcalino, todos os requisitos de segurança para trabalhar com álcalis devem ser observados (ver Cap.

Buraco de minhoca hipotético no espaço-tempo

No laboratório da Universidade de Washington, foram criadas condições para a formação de um condensado de Bose-Einstein em volume inferior a 0,001 mm³. As partículas foram desaceleradas por um laser e esperaram que a mais energética delas deixasse o volume, o que resfriava ainda mais o material. Nesta fase, o fluido supercrítico ainda tinha uma massa positiva. Se a hermeticidade do vaso fosse rompida, os átomos de rubídio se espalhariam em lados diferentes, uma vez que os átomos centrais empurrariam os átomos extremos para fora, e eles acelerariam na direção da aplicação da força.

Para criar uma massa efetiva negativa, os físicos usaram um conjunto diferente de lasers que mudaram o spin de alguns átomos. Como a simulação prevê, em algumas áreas do vaso, as partículas devem adquirir uma massa negativa. Isso é claramente visto no aumento acentuado da densidade da matéria em função do tempo nas simulações (no diagrama inferior).

Figura 1. Expansão anisotrópica de um condensado de Bose-Einstein com coeficientes diferentes forças de adesão. Resultados reais os experimentos estão em vermelho, os resultados de previsão na simulação estão em preto

O diagrama inferior é uma seção ampliada do quadro do meio na linha inferior da Figura 1.

O diagrama inferior mostra uma simulação 1D da densidade total versus tempo na região onde a instabilidade dinâmica apareceu pela primeira vez. As linhas pontilhadas separam três grupos de átomos com velocidades no quase-momento, onde a massa efetiva começa a se tornar negativa (linha superior). Mostrado é o ponto de massa efetiva negativa mínima (meio) e o ponto onde a massa retorna a valores positivos(linha inferior). Os pontos vermelhos indicam os locais onde o quase-momento local se encontra na região da massa efetiva negativa.

A primeira linha de gráficos mostra que durante experimento físico matéria se comportou exatamente como simulado, o que prevê partículas com um massa efetiva.

Em um condensado de Bose-Einstein, as partículas se comportam como ondas e, portanto, se propagam em uma direção diferente da que as partículas normais de massa efetiva positiva deveriam se propagar.

Para ser justo, deve-se dizer que os físicos registraram repetidamente os resultados durante os experimentos quando as propriedades da matéria de massa negativa se manifestaram, mas esses experimentos podem ser interpretados de maneiras diferentes. Agora, a incerteza é amplamente eliminada.

Artigo científico publicado em 10 de abril de 2017 na revista Cartas de Revisão Física(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, disponível por assinatura). Uma cópia do artigo antes de enviá-lo à revista foi postada em 13 de dezembro de 2016 em acesso livre em arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Buraco de minhoca hipotético no espaço-tempo

No laboratório da Universidade de Washington, foram criadas condições para a formação de um condensado de Bose-Einstein em volume inferior a 0,001 mm³. As partículas foram desaceleradas por um laser e esperaram que a mais energética delas deixasse o volume, o que resfriava ainda mais o material. Nesta fase, o fluido supercrítico ainda tinha uma massa positiva. No caso de um vazamento no vaso, os átomos de rubídio se espalhariam em diferentes direções, já que os átomos centrais empurrariam os átomos extremos para fora, e eles acelerariam na direção da aplicação da força.

Para criar uma massa efetiva negativa, os físicos usaram um conjunto diferente de lasers que mudaram o spin de alguns átomos. Como a simulação prevê, em algumas áreas do vaso, as partículas devem adquirir uma massa negativa. Isso é claramente visto no aumento acentuado da densidade da matéria em função do tempo nas simulações (no diagrama inferior).

Figura 1. Expansão anisotrópica de um condensado de Bose-Einstein com diferentes coeficientes de força coesiva. Os resultados reais do experimento estão em vermelho, os resultados da previsão na simulação estão em preto

O diagrama inferior é uma seção ampliada do quadro do meio na linha inferior da Figura 1.

O diagrama inferior mostra uma simulação 1D da densidade total versus tempo na região onde a instabilidade dinâmica apareceu pela primeira vez. As linhas pontilhadas separam três grupos de átomos com velocidades no quase-momento, onde a massa efetiva começa a se tornar negativa (linha superior). O ponto de massa efetiva negativa mínima é mostrado (meio) e o ponto onde a massa retorna a valores positivos (linha inferior). Os pontos vermelhos indicam os locais onde o quase-momento local se encontra na região da massa efetiva negativa.

A primeira linha de gráficos mostra que durante o experimento de física, a matéria se comportou exatamente como simulado, o que prevê o aparecimento de partículas com massa efetiva negativa.

Em um condensado de Bose-Einstein, as partículas se comportam como ondas e, portanto, se propagam em uma direção diferente da que as partículas normais de massa efetiva positiva deveriam se propagar.

Para ser justo, deve-se dizer que os físicos registraram repetidamente os resultados durante os experimentos quando as propriedades da matéria de massa negativa se manifestaram, mas esses experimentos podem ser interpretados de maneiras diferentes. Agora, a incerteza é amplamente eliminada.

Artigo científico publicado em 10 de abril de 2017 na revista Cartas de Revisão Física(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, disponível por assinatura). Uma cópia do artigo antes da submissão à revista foi colocada em 13 de dezembro de 2016 em domínio público em arXiv.org (arXiv:1612.04055).