Astrofizicianul britanic Jamie Farnes a propus un model cosmologic în care se produce o masă negativă viteza constanta de-a lungul evoluţiei universului. Acest model contrazice viziunea general acceptată asupra naturii materiei, dar explică bine majoritatea efectelor care sunt de obicei atribuite materiei întunecate și energiei întunecate, în special, expansiunea Universului, formarea unei structuri la scară largă de Universul și haloul galactic, curbele de rotație ale galaxiilor și spectrul observat radiații relicve. Articol publicat în Astronomie și astrofizică, o preprintare a lucrării este disponibilă la arXiv.org.

În prezent, majoritatea cosmologilor cred că evoluția Universului este descrisă de modelul ΛCDM. Conform acestui model, aproximativ 70 la sută din masa universului este energie întunecată, 25 la sută este materie întunecată rece (adică materie ale cărei particule se mișcă încet) și doar restul de 5 la sută este materie barionică familiară nouă. Oamenii de știință au determinat aceste rapoarte analizând armonicile din modelul de radiație de fond. Puteți citi mai multe despre măsurarea „compoziției” Universului în articolele lui Boris Stern despre sateliții WMAP și Planck, care au adus contribuția principală la această lucrare.

Din păcate, oamenii de știință au o înțelegere slabă a ceea ce sunt materia întunecată și energia întunecată. Niciunul dintre experimentele ultra-precise pentru a căuta particule de materie întunecată prezisă de un număr de modele teoretice(de exemplu SUSY) nu a fost niciodată testat pozitiv. În prezent, secțiunea transversală de împrăștiere pentru particulele obișnuite și particulele „întunecate” cu mase de la 6 la 200 megaelectronvolți este de ordinul 10-47 centimetri pătrați, care practic elimină particulele din acest interval de masă și îi obligă pe fizicieni să se dezvolte teorii alternative. Cu toate acestea, materia întunecată se manifestă în continuare prin interacțiune gravitațională, modificând curbele de rotație ale galaxiilor și imaginea și, prin urmare, oamenii de știință din această ipoteză.

Energia întunecată este și mai rea. Singura observație care confirmă în mod direct existența acesteia, indiferent de analiza radiației de fond, este expansiunea accelerată a Universului, măsurată prin (indirect, energia întunecată este confirmată de raportul elemente chimiceîn universul observabil). Mai mult, fizicienii au o înțelegere proastă a ceea ce este energia întunecată pe Pământ. nivel fundamental . Cu siguranță, calitativ poate fi descrisă folosind constanta cosmologică (termen lambda) în , dar această metodă nu oferă noi cunoștințe și nu permite să se stabilească dacă in ce consta energie întunecată. Einstein a explicat astfel de aditivi cu ajutorul particulelor cu masă negativă - în această abordare, ecuațiile mișcării devin simetrice, ca și ecuațiile electrodinamicii, iar termenul lambda apare ca o constantă de integrare, care nu conține un sens fizic.

Materia cu masă negativă este materie care accelerează în direcția opusă forței. O particulă cu masă negativă respinge particulele cu masă pozitivă și negativă, în timp ce particulele „pozitive” le atrag pe cele „negative”. Din păcate, în cadrul modelului ΛCDM, acest mod de a descrie energia întunecată este în mod evident sortit eșecului. Faptul este că în timpul expansiunii Universului, densitatea diferitelor componente se modifică în funcție de diferite legi: densitatea materiei reci scade, în timp ce densitatea energiei întunecate rămâne constantă. Prin urmare, este imposibil să identifici materia cu masă negativă și energie întunecată.

Interacțiunea particulelor cu masă negativă: săgețile negre indică forțe, săgețile roșii indică accelerații

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

Interacțiunea particulelor cu masă pozitivă și negativă: săgețile negre indică forțe, săgețile roșii indică accelerații

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

Interacțiunea particulelor cu masă pozitivă: săgețile negre indică forțe, săgețile roșii indică accelerații

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

Cu toate acestea, astrofizicianul Jamie Farnes susține că a reușit să lege ideea lui Einstein cu datele observaționale. Pentru a face acest lucru, el a combinat ideea de masă negativă cu o altă idee contraintuitivă despre producția continuă și uniformă de masă în volumul universului. Această idee este, de asemenea, departe de a fi nouă, a fost propusă pentru prima dată în anii 40 ai secolului trecut.

Teoretic, astfel de procese pot avea loc într-adevăr pe fundalul unui puternic câmp gravitațional(de exemplu, în detrimentul). Luând în considerare astfel de adăugiri la tensorul standard de energie-impuls pentru mase pozitive, fizicianul a scris și a rezolvat ecuația Friedmann, apoi a calculat după ce lege se extinde Universul în acest model. Oamenii de știință nu au ținut cont de contribuțiile materiei întunecate obișnuite și ale energiei întunecate. Ca urmare, s-a dovedit că legi celebre sunt reproduse dacă masa negativă este produsă cu o rată constantă Γ = −3 H, Unde H este constanta Hubble. În acest caz, densitatea de masă negativă va rămâne constantă în timpul expansiunii și va modela în mod eficient constanta cosmologică. În acest caz, rata de expansiune și durata de viață a Universului sunt aceleași ca în modelul ΛCDM.

Astrofizicianul a calculat apoi cum va apărea masa negativă la o scară mai mică. Pentru a face acest lucru, el a modelat, în cadrul modelului său, interacțiunea un numar mare particule de masă pozitivă și negativă. Deoarece toate pachetele astrofizice existente nu iau în considerare astfel de modificări neobișnuite, Farnes a trebuit să-și dezvolte propriul program. Pentru a evita orice aproximări în cursul calculelor, cercetătorul a calculat coordonatele și vitezele fiecărei particule în fiecare moment de timp - acest lucru a făcut posibilă creșterea fiabilității predicțiilor, deși cerințele programului privind resursele de calcul au crescut odată cu pătratul numărul de particule. În special, din această cauză, omul de știință a trebuit să se limiteze la modelarea a 50 de mii de particule.

Folosind programul dezvoltat, Farnes a văzut mai multe efecte atribuite în mod tradițional materiei întunecate. Mai întâi, el a modelat evoluția unui grup dens de particule cu masă pozitivă scufundate într-o „mare” de particule cu masă negativă. Un astfel de sistem ar trebui să descrie calitativ evoluția galaxiilor pe stadii târzii expansiunea Universului, când particulele „negative” prevalează semnificativ asupra celor „pozitive”. În această problemă, omul de știință a ales numărul de particule „pozitive”. N+= 5000, numărul de negativ N− = 45000. Ca urmare, a obținut o distribuție a densității care este în bună concordanță cu datele observaționale - densitatea particulelor crește lent la apropierea de centrul galaxiei și coincide cu profilul Burkert. Acest lucru rezolvă „problema haloului cuspy” care apare în modelul ΛCDM.

Evoluția unei „galaxii” de materie pozitivă scufundată într-o „măre” de materie negativă

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

Profilul masei galactice calculat de Farnes (albastru) și observat în practică (linie punctată roz)

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

În al doilea rând, cu aceleași date inițiale, omul de știință a calculat curba de rotație a galaxiei și a constatat că și aceasta coincide bine cu datele observaționale. În timp ce în modelul cu particule pur „pozitive”, materia de la marginea galaxiei se mișcă mai lent decât în ​​centru, în modelul cu predominanța particulelor „negative”, viteza este aproximativ constantă.

Curba de rotație a unei galaxii scufundată într-o „mare” de materie negativă (roșu) și o galaxie „liberă” (neagră)

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

În al treilea rând, Farnes a arătat asta în modelul său natural apare o structură filamentoasă la scară largă a Universului: galaxiile se unesc în grupuri, clustere în superclustere și superclustere în lanțuri și pereți. Pentru a face acest lucru, a calculat evoluția unui sistem care conține acelasi numar particule „pozitive” și „negative”. Din cauza limitărilor puterii de calcul disponibile, omul de știință a stabilit numărul ambelor tipuri de particule N + = N− = 25000. Ca și în cazul precedent, particulele „negative” au înconjurat particule de materie obișnuită și au format un halou, dar de data aceasta cercetătorul a reușit să discearnă modele la scară mai mare care semănau cu structura Universului observabil.

Structură omogenă Univers la începutul simulării

Jamie Farnes / Astronomie și astrofizică

Înregistrează-te pentru practică. Din păcate, el nu a putut vedea acest efect în simulări cu 50.000 de particule. Cu toate acestea, omul de știință speră că în simulări mai mari cu un milion de particule, astfel de procese pot fi observate și sugerează, de asemenea, că ele ne vor permite să confirmăm sau să infirmăm o nouă teorie.

În cele din urmă, omul de știință a verificat cât de mult ar distorsiona modificarea propusă a modelului ΛCDM efectele observate efectiv - expansiunea Universului, măsurată prin lumânări standard, fundalul relicvelor și observațiile fuziunilor clusterelor de galaxii. În toate aceste cazuri, astrofizicianul a constatat că ipoteza sa nu contrazice datele observate. Cu toate acestea, destul de multe întrebări rămân deschise - în special, nu este clar cum se poate lega o astfel de ipoteză cu modelul standard (poate mecanismul Higgs să genereze mase negative?), cum să înregistreze experimental particulele cu o masă negativă și cum pentru a explica contradicțiile dintre respingerea particulelor „negative” și teorie. Cu toate acestea, omul de știință consideră că toate aceste probleme pot fi rezolvate în cadrul noului model.

Astfel, modelul cu producție constantă de masă negativă explică nu numai expansiunea observată a Universului, ci și formarea structurii sale la scară mare, halourile de materie întunecată în jurul galaxiilor și curbele de rotație - majoritatea efectelor care sunt de obicei atribuite întunericului. energie și materie întunecată. Destul de ciudat, așa intuitiv nenatural ipoteza, care este contrară concepției general acceptate despre materie, este destul de bună consistent cu date observaționale. Mai mult, ea se oferă să le explice mai multe într-un mod simplu, implicând mai puține entități. După cum însuși autorul scrie în concluzie, „Deși această propunere este apostată și eretică, [articolul] a sugerat că valori negative Acești parametri pot explica, în principiu, datele observațiilor cosmologice, care au fost întotdeauna interpretate în cadrul unei presupuneri rezonabile a unei mase pozitive.”

Uneori, fizicienii spun frumos idei neobișnuite pentru a explica contradicţiile observate între teorie şi experiment. De exemplu, în noiembrie anul trecut, fizicianul teoretician american Hooman Davoudiasl a prezentat forță nouă, care este purtat de o particulă scalară ultra-ușoară și respinge materia întunecată de pe Pământ. Această presupunere explică bine eșecurile tuturor experimentelor terestre de a căuta materie întunecată - dacă o astfel de forță există cu adevărat, detectoarele, în principiu, nu ar putea înregistra nimic. Din păcate, această afirmație poate fi verificată cu nivelul actual dezvoltarea tehnologiei nu este posibilă.

Dmitri Trunin

Oamenii de știință din Statele Unite susțin că au creat în laborator o substanță cu masă negativă. Această substanță este un lichid cu un foarte proprietăți neobișnuite. De exemplu, dacă împingeți acest fluid, atunci va primi o accelerație negativă, adică înapoi, nu înainte. O astfel de ciudățenie le-ar putea spune oamenilor de știință multe despre ceea ce se întâmplă în interior cel puțin obiecte ciudate precum găurile negre și stele neutronice.
Totuși, poate ceva să aibă masă negativă? Este posibil?

Teoretic, materia este capabilă să aibă masă negativă la fel ca incarcare electrica poate fi negativ sau pozitiv.

Pe hârtie, acest lucru funcționează, dar există o dezbatere aprinsă în lumea științei despre dacă însăși presupunerea existenței a ceva cu masă negativă încalcă legile fundamentale ale fizicii. Pentru noi, oameni normali, acest concept pare prea complicat de înțeles.

legea diferentiala mișcare mecanică sau, mai simplu, a doua lege a lui Newton este exprimată prin formula A=F/M. Adică, accelerația unui corp este egală cu raportul dintre forța aplicată acestuia și masa corpului. Dacă setați sens negativ masa, atunci corpul, destul de logic, va primi o accelerație negativă. Imaginează-ți doar că ai lovit mingea și se rostogolește pe picior.

Totuși, ceea ce ne pare străin nu trebuie să fie imposibil, iar exercițiile teoretice de mai sus sunt cea mai bună modalitate de a demonstra că masa negativă poate exista în Universul nostru fără a încălca teorie generală relativitatea.

Dorința de a înțelege toate acestea a dat naștere la încercări active ale cercetătorilor de a recrea masa negativă în laborator, după cum vedem, chiar și cu oarecare succes.

Oamenii de știință de la Universitatea din Washington au spus că au reușit să obțină un lichid care se comportă exact așa cum ar trebui să se comporte un corp cu masă negativă. Iar descoperirea lor poate fi folosită în sfârșit pentru a studia unele fenomene ciudateîn adâncurile universului.

Pentru a crea acest lichid ciudat, oamenii de știință au folosit lasere pentru a răci atomii de rubidiu aproape la obiect zero absolut, creând ceea ce se numește un condensat Bose-Einstein.

În această stare, particulele se mișcă incredibil de încet și ciudat, urmând principii destul de ciudate. mecanica cuantică, dar nu fizica clasica, adică încep să se comporte ca valurile.

Particulele se sincronizează și se mișcă la unison, formând o substanță superfluidică care se poate mișca fără a pierde energie prin frecare.
Oamenii de știință au folosit lasere pentru a crea un superfluid temperaturi scăzute, precum și pentru a-l plasa într-un câmp în formă de bol cu ​​diametrul mai mic de 100 de microni.

Atâta timp cât supramateria a rămas plasată în acest spațiu, ea avea o masă obișnuită și era destul de în concordanță cu conceptul de condensat Bose-Einstein. Până când a fost forțat să se mute.

Folosind un al doilea set de lasere, oamenii de știință au forțat atomii să se miște înainte și înapoi, în urma căruia rotația lor s-a schimbat și rubidiul, depășind bariera „bolului”, s-a împrăștiat rapid. Totuși, de parcă ar avea o masă negativă. Potrivit oamenilor de știință, impresia a fost de așa natură încât lichidul s-a împiedicat de o barieră invizibilă și s-a respins de ea.

Astfel, cercetătorii au confirmat ipotezele despre existența masei negative, dar acesta este doar începutul călătoriei. Rămâne de văzut dacă comportamentul fluidului în condiții de laborator este suficient de repetabil și de fiabil pentru a testa unele ipoteze despre masele negative. Deci, nu vă bucurați din timp, alte echipe trebuie să repete singure rezultatele.

Un lucru este sigur, fizica devine din ce în ce mai interesantă și merită să te interesezi.

1. De ce timpul curge doar înainte. Fizicienii explică „Timpul este ceea ce împiedică totul să se întâmple dintr-o dată”, a scris Ray Cummings în romanul său SF din 1922...
2. Găuri de vierme, găuri de vierme și călătorie în timp O găuri de vierme este o trecere teoretică prin spațiu-timp care poate reduce foarte mult călătoriile pe distanțe lungi în univers prin crearea de comenzi rapide...

Ipotetică gaură de vierme în spațiu-timp

LA fizica teoretica, este conceptul unei substanțe ipotetice a cărei masă are valoarea opusă masei materie normală(la fel cum o sarcină electrică poate fi pozitivă și negativă). De exemplu, -2 kg. O astfel de substanță, dacă ar exista, ar deranja una sau mai multe și ar prezenta unele proprietăți ciudate. Potrivit unor teorii speculative, materia de masă negativă poate fi folosită pentru a crea ( găuri de vierme) în spațiu-timp.

Sună a ficțiune absolută, dar acum un grup de fizicieni de la Universitatea din Washington, Universitatea din Washington, Universitatea OIST (Okinawa, Japonia) și Universitatea din Shanghai, care prezintă unele dintre proprietățile unui material ipotetic cu masă negativă. De exemplu, dacă împingeți această substanță, atunci ea va accelera nu în direcția aplicării forței, ci în interior direcție inversă. Adică accelerează reversul.

Pentru a crea o substanță cu proprietăți de masă negative, oamenii de știință au pregătit un condensat Bose-Einstein prin răcirea atomilor de rubidiu la aproape zero absolut. În această stare, particulele se mișcă extrem de lent și efecte cuanticeîncep să apară la nivel macroscopic. Adică, în conformitate cu principiile mecanicii cuantice, particulele încep să se comporte ca undele. De exemplu, ele sunt sincronizate între ele și curg prin capilare fără frecare, adică fără a pierde energie - efectul așa-numitei superfluidități.

În laboratorul Universității din Washington s-au creat condițiile pentru formarea unui condensat Bose-Einstein într-un volum mai mic de 0,001 mm³. Particulele au fost încetinite de un laser și au așteptat ca cei mai energici dintre ele să părăsească volumul, ceea ce a răcit și mai mult materialul. În această etapă, fluidul supercritic avea încă o masă pozitivă. Dacă ermeticitatea vasului a fost încălcată, atomii de rubidiu s-ar împrăștia în laturi diferite, deoarece atomii centrali ar împinge atomii extremi spre exterior, iar aceștia ar accelera în direcția aplicării forței.

Pentru a crea o masă efectivă negativă, fizicienii au folosit un set diferit de lasere care au schimbat rotația unor atomi. După cum prezice simularea, în unele zone ale vasului, particulele ar trebui să dobândească o masă negativă. Acest lucru se vede clar în creșterea bruscă a densității materiei în funcție de timp în simulări (în diagrama de jos).

Figura 1. Expansiunea anizotropă a unui condensat Bose-Einstein cu coeficienți diferiți forte de aderenta. Rezultate reale experimentele sunt în roșu, rezultatele predicției în simulare sunt în negru

Diagrama de jos este o secțiune mărită a cadrului din mijloc din rândul de jos al figurii 1.

Diagrama de jos arată o simulare 1D a densității totale în funcție de timp în regiunea în care a apărut pentru prima dată instabilitatea dinamică. Liniile punctate separă trei grupuri de atomi cu viteze

într-un cvasi-moment

Unde este masa efectivă

începe să devină negativă (linia superioară). Este prezentat punctul de masă efectivă negativă minimă (mijloc) și punctul în care masa revine valori pozitive(linia de jos). Punctele roșii indică locurile în care se află cvasi-impulsul local în regiunea masei efective negative.

Primul rând de grafice arată că în timpul experiment fizic materia s-a comportat exact ca simulat, ceea ce prezice particulele cu un negativ masa efectivă.

Într-un condensat Bose-Einstein, particulele se comportă ca undele și, prin urmare, se propagă într-o direcție diferită decât ar trebui să se propage particulele normale cu masă efectivă pozitivă.

Pentru dreptate, trebuie spus că fizicienii au înregistrat în mod repetat în timpul experimentelor, dar acele experimente ar putea fi interpretate în moduri diferite. Acum incertitudinea este în mare parte eliminată.

Articol științific 10 aprilie 2017 în jurnal Scrisori de revizuire fizică(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, disponibil prin abonament). O copie a articolului înainte de a fi trimis în jurnal pe 13 decembrie 2016 la acces liber la arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Se recomandă vizionarea la rezoluție de 1280 x 800

„Tehnica-tineret”, 1990, nr. 10, p. 16-18.

Scanat de Igor Stepikin

Tribună de ipoteze îndrăznețe

Ponkrat BORISOV, inginer
Masă negativă: Zbor liber către infinit

Articole pe această temă apar din când în când în reviste de fizică străine și sovietice de mai bine de 30 de ani. Dar, în mod ciudat, încă nu par să fi atras atenția popularizatorilor. Dar problema masei negative, și chiar în strictă cadru științific- un cadou grozav pentru iubitorii de paradoxurile fizicii moderne și scriitorii de science fiction. Dar aceasta este proprietatea literatură specială: senzația din ea poate rămâne ascunsă zeci de ani...

Asa de, vorbim despre o formă ipotetică a materiei, a cărei masă este opusă ca semn cu cea obișnuită. Apare imediat întrebarea: ce înseamnă asta de fapt? Și devine imediat clar: nu este atât de ușor să definiți corect conceptul de masă negativă.

Fără îndoială, trebuie să aibă proprietatea de repulsie gravitațională. Dar se dovedește că doar acest lucru nu este suficient. LA fizica modernă se disting cu strictețe patru tipuri de masă:

activ gravitațional - cel care atrage (dacă este pozitiv, desigur);

pasiv gravitațional - cel care este atras;

inert, care capătă o anumită accelerație sub acțiunea unei forțe aplicate (a \u003d F / m);

în sfârșit, masa în repaus a lui Einstein, care stabilește energia totală a corpului (E = mC 2).

În cadrul teoriilor general acceptate, toate sunt egale ca mărime. Dar este necesar să se facă distincția între ele, iar acest lucru devine clar chiar atunci când se încearcă determinarea masei negative. Faptul este că va fi complet opus celui obișnuit numai dacă toate cele patru tipuri devin negative.

Pe baza acestei abordări, în primul articol pe această temă, publicat în 1957, fizician englez X. Bondy a determinat proprietățile de bază ale „minus-mass” prin dovezi riguroase.

S-ar putea să nu fie foarte greu să le repet aici, deoarece se bazează doar pe mecanica newtoniană. Dar asta ne va aglomera povestea și apoi există o mulțime de „subtilități” fizice și matematice. Prin urmare, să trecem direct la rezultate, mai ales că sunt destul de clare.

În primul rând, „materia minus” trebuie să respingă gravitațional orice alte corpuri, adică nu numai cu masă negativă, ci și cu masă pozitivă (în timp ce materia obișnuită, dimpotrivă, atrage întotdeauna materie de ambele tipuri). Mai departe, sub acțiunea oricărei forțe, până la forța de inerție, aceasta trebuie să se miște în direcție vector opus această forță. Și, în sfârșit, energia sa totală Einstein trebuie să fie și ea negativă.

Prin urmare, apropo, trebuie subliniat faptul că noastre chestiune uimitoare- nu antimaterie, a cărei masă este încă considerată pozitivă. De exemplu, de către idei moderne, „Anti-Pământul” din antimaterie s-ar învârti în jurul Soarelui, exact pe aceeași orbită ca planeta noastră natală.

Toate acestea sunt aproape evidente. Dar apoi începe incredibilul.

Să luăm aceeași gravitate. Dacă două corpuri obișnuite se atrag și se apropie, iar două antimase se resping și se împrăștie, atunci ce se va întâmpla în interacțiunea gravitațională a maselor cu semne diferite?

Lăsați-l să fie cel mai simplu caz: un corp (sa zicem o bila) format din materie cu masa negativa -M se afla in spatele unui obiect (sa-i spunem "racheta" - acum vom afla de ce) cu masa pozitiva egala +M. Este clar că câmpul gravitațional al mingii respinge racheta, în timp ce ea însăși atrage mingea. Dar de aici rezultă (acest lucru este din nou riguros dovedit) că întregul sistem se va deplasa de-a lungul unei linii drepte care leagă centrele a două mase, cu accelerație constantă, proporțional cu puterea interacțiune gravitaționalăîntre ele!

Desigur, la prima vedere, această imagine a mișcării spontane, fără cauză, „demonstrează” un singur lucru: antimasă cu proprietățile pe care i le-am atribuit în definiție de la bun început pur și simplu nu poate exista. Până la urmă, am primit, s-ar părea, o grămadă de încălcări ale celor mai imuabile legi.

Ei bine, legea conservării impulsului, de exemplu, nu este încălcată complet aici? Ambele corpuri, fără niciun motiv, se repezi în aceeași direcție, în timp ce nimic nu se mișcă în direcția opusă. Dar amintiți-vă că una dintre mase este negativă! Dar asta înseamnă că impulsul său, indiferent de viteză, are semnul minus: (-M) V, și apoi impuls total sistemul cu două corpuri este încă zero!

Același lucru este valabil și pentru energia cinetică totală a sistemului. În timp ce corpurile sunt în repaus, este egal cu zero. Dar oricât de repede se mișcă, nimic nu se schimbă: masa negativă a mingii, în deplină conformitate cu formula (-M)V 2 /2, acumulează un negativ energie kinetică, care compensează exact creșterea energiei pozitive a rachetei.

Dacă toate acestea par absurde, atunci poate că vom „elimina o pană cu o pană” - să încercăm să confirmăm o absurditate cu alta? Încă din clasa a șasea, știm că centrul maselor punctuale egale (pozitiv, desigur) se află la mijloc între ele. Deci - cum ați dori următoarea ieșire? Centrul maselor punctuale egale ale SEMNULUI DIFERIT se află, deși pe o linie dreaptă care trece prin ele, dar nu în interiorul, ci în EXTERIOR al segmentului care le leagă, în punctul ±Ґ ?!

Ei bine, este mai ușor?

Apropo, această concluzie este deja destul de elementară și oricine o poate repeta dacă dorește, deținând fizica la nivelul aceleiași clase a șasea.

Oricine nu crede într-un cuvânt și dorește să se asigure că toate calculele sunt corecte se poate referi la unul dintre ultimele publicații pe acest subiect - articol fizician american R. Forward „Motor de rachetă pe substanța de masă negativă”, publicat în revista tradusă „ Inginerie aerospațială» Nr. 4 pentru 1990.

Dar, poate, cititorul sofisticat crede că și fără calcule a înțeles unde i s-a strecurat „teiul”? Într-adevăr: în toate aceste argumente elegante, întrebarea este tăcută: de unde a venit o masă atât de minunată? La urma urmei, indiferent de originea sa, va trebui să cheltuiască energie pentru „exploatarea”, „producția” sau, de exemplu, pentru livrarea la locul acțiunii, ceea ce înseamnă ...

Vai, cititor sofisticat! Desigur, va fi nevoie de energie, dar din nou negativă. Nu se poate face nimic: în formula lui Einstein pentru energia totală a corpului E = Ms 2, minunata noastră masă are același semn minus. Aceasta înseamnă că „producția” unei perechi de corpuri cu mase EGALE de semne DIFERITE va necesita ZERO energie totală. Același lucru este valabil și pentru livrare și pentru orice alte manipulări.

Nu – oricât de paradoxale ar fi toate aceste rezultate, concluziile riguroase afirmă că prezența antimasei nu contrazice nu numai mecanica newtoniană, ci și teoria generală a relativității. Nu a fost posibil să se găsească nicio interdicție logică asupra existenței sale.

Ei bine - dacă teoria „permite”, atunci să ne gândim, de exemplu, - ce se poate întâmpla când contact fizic două particule identice de materie cu mase plus și minus? Cu antimateria „obișnuită”, totul este clar: anihilarea va avea loc odată cu eliberarea energiei totale a ambelor corpuri. Dar dacă una dintre cele două mase egale este negativă, atunci energia lor totală, așa cum tocmai am înțeles, este zero. Dar CE se va întâmpla cu ei în realitate - aceasta este deja o întrebare care trece dincolo de teorie.

Rezultatul unui astfel de eveniment poate fi doar cunoscut empiric. Este imposibil să-l „calculăm” - la urma urmei, nu avem idee despre „mecanismul de acțiune” al masei negative, „ amenajare interioara”(deoarece, totuși, nu știm acest lucru despre masa obișnuită). Teoretic, un lucru este clar: în orice caz, energia totală a sistemului va rămâne zero. Avem dreptul să propunem doar o IPOTEZA, așa cum face același Forward. Conform presupunerii sale, interacțiune fizică aici nu duce la anihilare, ci la așa-numita „anulare”, adică anihilarea reciprocă „liniștită” a particulelor, dispariția lor fără nicio eliberare de energie.

Dar, repetăm, doar un experiment ar putea confirma sau infirma această ipoteză.

Din aceleași motive, nu știm nimic despre cum să „facem” masă negativă (dacă este posibil). Teoria spune doar că masa egala semnul opusîn principiu, ele pot apărea fără costuri energetice. Și de îndată ce va apărea o astfel de pereche de corpuri, va zbura, accelerând, în linie dreaptă până la infinit...

R. Forward în articolul său a „proiectat” deja un motor cu masă negativă care ne poate duce în orice punct al Universului cu orice accelerație pe care o setăm. Se dovedește că tot ceea ce este necesar pentru aceasta este ... o pereche de arcuri bune (toate interacțiunile „masei minus” cu cea obișnuită prin forțe elastice, desigur, sunt, de asemenea, calculate în detaliu).

Așadar, să plasăm minunata noastră masă, egală ca mărime cu masa rachetei, în mijlocul „compartimentului motor” al acesteia. Dacă trebuie să zburați înainte, întindeți arcul de pe peretele din spate și agățați corpul său de masă negativă. Imediat din cauza „pervertiților” lor proprietăți inerțiale se va repezi nu acolo unde este tras, ci drept înainte direcție opusă, trăgând racheta împreună cu o accelerație proporțională cu forța tensiunii arcului.

Pentru a opri accelerația, este suficient să decuplați arcul. Și pentru a încetini și a opri nava, trebuie să utilizați un al doilea arc atașat pe peretele frontal al compartimentului motorului.

Și totuși există o infirmare parțială a „motorului liber”! Adevărat, vine dintr-o latură complet neașteptată. Dar mai multe despre asta la sfârșit.

Între timp, să căutăm locuri unde ar putea exista cantități mari de masă negativă. Astfel de locuri sunt sugerate de golurile gigantice găsite pe hărțile tridimensionale la scară mare ale distribuției galaxiilor în Univers - cele mai interesante fenomene în sine. După cum se poate observa din fig. 2, dimensiunile acestor cavități, care sunt numite pur și simplu „bule”, sunt de aproximativ 100 de milioane de ani lumină (în timp ce dimensiunile galaxiei noastre sunt de aproximativ 0,06 milioane de ani lumină). Astfel, la cea mai mare scară, Universul are o structură „spumosă”.

Granițele bulelor sunt clar marcate de clustere ale unui număr mare de galaxii. Practic nu există bule înăuntru, iar dacă se găsesc acolo, atunci acestea sunt obiecte foarte neobișnuite. Ele sunt caracterizate de spectrele de radiații puternice de înaltă frecvență. Acum se crede că bulele conțin galaxii „eșuate” sau nori de gaz de hidrogen obișnuit.

Dar este posibil să presupunem că structura „spumoasă” a Universului este rezultatul formării sale din același număr de particule de masă negativă și pozitivă? Apropo, dintr-o astfel de explicație rezultă o consecință foarte atractivă: masa totală a Universului a fost și rămâne întotdeauna zero. Atunci bulele sunt locuri naturale pentru minus-masa, ale căror particule tind să se disperseze cât mai departe posibil unele de altele. Și masa pozitivă este împinsă la suprafața bulelor, unde, sub influența forțelor gravitaționale, formează galaxii și stele. Aici putem aminti articolul lui A. A. Baranov, apărut în 1971 în nr. 11 al revistei Izvestia Vuzov. Fizică". Se ia în considerare model cosmologic Univers cu particule cu mase ale ambelor semne. Folosind acest model, autorul explică estimările experimentale ale constantei cosmologice și deplasarea către roșu Hubble, precum și unele fenomene anormale observate în galaxiile care interacționează.

Un alt simptom posibil cantitati mari masa negativă - prezența „curenților” foarte rapidi în structurile la scară largă ale Universului. Astfel, superclusterul care conține Galaxia noastră „curge” cu o viteză de 600 km/s față de fundalul de repaus al radiației de fond. O astfel de viteză nu se încadrează în cadrul teoriilor de formare a galaxiilor din materia întunecată rece. R. Forward propune să încercăm să explicăm acest fenomen ținând cont de repulsia colectivă a superclusterelor din bulele care conțin masă negativă.

Asa de, materie negativă nu poate decât să zboare separat. Dar aceasta, se pare, este respingerea parțială a multor dintre concluziile care au fost discutate. La urma urmei, proprietatea respingerii gravitaționale a particulelor de materie, indiferent de natura lor, duce inevitabil la faptul că aceste particule nu se pot reuni sub influența forțelor gravitaționale. Mai mult, deoarece o particulă de masă negativă sub acțiunea oricărei forțe se mișcă în direcția opusă vectorului acestei forțe, atunci interacțiunile interatomice obișnuite nu pot lega astfel de particule în corpuri „normale”.

Dar sperăm că cititorul a primit totuși plăcere din toate aceste argumente ...

Ipotetică gaură de vierme în spațiu-timp

În laboratorul Universității din Washington s-au creat condițiile pentru formarea unui condensat Bose-Einstein într-un volum mai mic de 0,001 mm³. Particulele au fost încetinite de un laser și au așteptat ca cei mai energici dintre ele să părăsească volumul, ceea ce a răcit și mai mult materialul. În această etapă, fluidul supercritic avea încă o masă pozitivă. În cazul unei scurgeri în vas, atomii de rubidiu s-ar împrăștia în direcții diferite, deoarece atomii centrali ar împinge atomii extremi spre exterior, iar aceștia ar accelera în direcția aplicării forței.

Pentru a crea o masă efectivă negativă, fizicienii au folosit un set diferit de lasere care au schimbat rotația unor atomi. După cum prezice simularea, în unele zone ale vasului, particulele ar trebui să dobândească o masă negativă. Acest lucru se vede clar în creșterea bruscă a densității materiei în funcție de timp în simulări (în diagrama de jos).

Figura 1. Expansiunea anizotropă a unui condensat Bose-Einstein cu diferiți coeficienți de forță de coeziune. Rezultatele reale ale experimentului sunt în roșu, rezultatele predicției din simulare sunt în negru

Diagrama de jos este o secțiune mărită a cadrului din mijloc din rândul de jos al figurii 1.

Diagrama de jos arată o simulare 1D a densității totale în funcție de timp în regiunea în care a apărut pentru prima dată instabilitatea dinamică. Liniile punctate separă trei grupuri de atomi cu viteze la cvasi-impuls, unde masa efectivă începe să devină negativă (linia superioară). Este afișat punctul de masă efectivă negativă minimă (în mijloc) și punctul în care masa revine la valori pozitive (linia de jos). Punctele roșii indică locurile în care se află cvasi-impulsul local în regiunea masei efective negative.

Primul rând de grafice arată că în timpul experimentului de fizică, materia s-a comportat exact ca simulat, ceea ce prezice apariția particulelor cu o masă efectivă negativă.

Într-un condensat Bose-Einstein, particulele se comportă ca undele și, prin urmare, se propagă într-o direcție diferită decât ar trebui să se propage particulele normale cu masă efectivă pozitivă.

Pentru dreptate, trebuie spus că fizicienii au înregistrat în mod repetat rezultatele în timpul experimentelor când s-au manifestat proprietățile materiei cu masă negativă, dar acele experimente puteau fi interpretate în moduri diferite. Acum incertitudinea este în mare parte eliminată.

Articol științific publicat pe 10 aprilie 2017 în jurnal Scrisori de revizuire fizică(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, disponibil prin abonament). O copie a articolului înainte de trimiterea către jurnal a fost plasată pe 13 decembrie 2016 în domeniul public la arXiv.org (arXiv:1612.04055).