Fyzici z Washingtonskej univerzity vytvorili kvapalinu s negatívna hmotnosť. Zatlačte naň a na rozdiel od všetkých fyzických objektov na svete, ktoré poznáme, nezrýchľuje v smere stláčania. Zrýchľuje do opačná strana. Tento jav sa zriedkavo vytvára v laboratóriu a možno ho použiť na skúmanie niektorých zložitejších konceptov o vesmíre, hovorí Michael Forbes, docent, fyzik a astronóm na University of Washington. Štúdia sa objavila v časopise Physical Review Letters.

Hypoteticky môže mať hmota zápornú hmotnosť v rovnakom zmysle ako nabíjačka môžu byť negatívne aj pozitívne. Ľudia o tom len zriedka premýšľajú a náš každodenný svet ukazuje iba pozitívne aspekty druhého pohybového zákona Isaaca Newtona, podľa ktorého sa sila pôsobiaca na teleso rovná súčinu hmotnosti telesa a zrýchlenia, ktoré táto sila udeľuje. alebo F = ma.

Inými slovami, ak stlačíte predmet, zrýchli sa v smere vášho zatlačenia. Hmota ho zrýchli v smere sily.

„Sme zvyknutí na tento stav,“ hovorí Forbes a očakáva prekvapenie. "S negatívnou hmotnosťou, ak niečo stlačíte, zrýchli sa to smerom k vám."

Podmienky pre zápornú hmotnosť

Spolu s kolegami vytvoril podmienky pre zápornú hmotnosť ochladením atómov rubídia na takmer stav absolútna nula a tým vzniká Bose-Einsteinov kondenzát. V tomto stave, ktorý predpovedali Shatyendranath Bose a Albert Einstein, sa častice pohybujú veľmi pomaly a podľa princípov kvantová mechanika správať sa ako vlny. Tiež sa synchronizujú a pohybujú v súzvuku ako supratekutina, ktorá prúdi bez straty energie.

Vedci na šiestom poschodí Webster Hall pod vedením Petera Engelsa, profesora fyziky a astronómie na Washingtonskej univerzite, vytvorili tieto podmienky pomocou laserov na spomalenie častíc, čím sa ochladili a umožnili horúcim časticiam s vysokou energiou uniknúť parou, čím sa materiál ešte viac ochladzuje.

Lasery zachytili atómy, ako keby boli v miske s veľkosťou menšou ako sto mikrónov. V tomto štádiu malo supratekuté rubídium obvyklú hmotnosť. Roztrhnutie misky umožnilo rubídiu uniknúť a expandovať, keď bolo rubídium v ​​strede vytlačené von.

Na vytvorenie negatívnej hmoty vedci použili druhú sadu laserov, ktoré tlačili atómy tam a späť a menili ich rotáciu. Teraz, keď sa rubídium minie dostatočne rýchlo, správa sa, akoby malo zápornú hmotnosť. „Zatlačte na to a zrýchli sa opačný smer Forbes hovorí. "Je to ako keď rubídium narazí na neviditeľnú stenu."

Odstránenie hlavných defektov

Metóda, ktorú použili vedci z Washingtonskej univerzity, sa vyhla niektorým z hlavných nedostatkov zistených v predchádzajúcich pokusoch pochopiť negatívnu masu.

„Prvá vec, ktorú sme si uvedomili, je, že máme prísnu kontrolu nad povahou tejto negatívnej masy bez akýchkoľvek ďalších komplikácií,“ hovorí Forbes. Ich štúdia vysvetľuje už z pozície negatívnej masy podobné správanie v iných systémoch. Zvýšená kontrola dáva výskumníkom nový nástroj vyvinúť experimenty na štúdium podobnej fyziky v astrofyzike pomocou príkladu neutrónové hviezdy a kozmologické javy ako čierne diery a temná energia, kde experimenty jednoducho nie sú možné.

Hypotetická červia diera v časopriestore

AT teoretickej fyziky, je pojem hypotetickej látky, ktorej hmotnosť má opačnú hodnotu hmotnosti normálna záležitosť(rovnako ako elektrický náboj môže byť kladný a záporný). Napríklad -2 kg. Takáto látka, ak by existovala, by narušila jednu alebo viacero a niektoré by vykazovala zvláštne vlastnosti. Podľa niektorých špekulatívnych teórií môže byť negatívna hmota použitá na vytvorenie ( červích dier) v časopriestore.

Znie to ako absolútna fikcia, ale teraz skupina fyzikov z University of Washington, University of Washington, OIST University (Okinawa, Japonsko) a Šanghajská univerzita, ktorý vykazuje niektoré vlastnosti hypotetického materiálu so zápornou hmotnosťou. Napríklad, ak na túto látku zatlačíte, nezrýchli sa v smere pôsobenia sily, ale v opačnom smere. To znamená, že zrýchľuje v opačnom smere.

Na vytvorenie látky s negatívnymi hmotnostnými vlastnosťami vedci pripravili Bose-Einsteinov kondenzát ochladením atómov rubídia takmer na absolútnu nulu. V tomto stave sa častice pohybujú extrémne pomaly a kvantové efekty sa začínajú objavovať na makroskopickej úrovni. To znamená, že v súlade s princípmi kvantovej mechaniky sa častice začnú správať ako vlny. Napríklad sa navzájom synchronizujú a pretekajú kapilárami bez trenia, teda bez straty energie – efekt takzvanej supratekutosti.

V laboratóriu Washingtonskej univerzity boli vytvorené podmienky pre vznik Boseho-Einsteinovho kondenzátu v objeme menšom ako 0,001 mm³. Častice boli spomaľované laserom a čakali, kým energetická z nich opustí objem, čím sa materiál ďalej ochladzuje. V tomto štádiu mala superkritická tekutina stále kladnú hmotnosť. Ak by bola porušená hermetika nádoby, atómy rubídia by sa rozptýlili do rôzne strany, pretože centrálne atómy by vytlačili extrémne atómy smerom von a tie by sa zrýchlili v smere pôsobenia sily.

Na vytvorenie negatívnej efektívnej hmoty použili fyzici inú sadu laserov, ktoré zmenili rotáciu niektorých atómov. Ako predpovedá simulácia, v niektorých oblastiach nádoby by častice mali nadobudnúť zápornú hmotnosť. To je jasne vidieť na prudkom náraste hustoty hmoty ako funkcie času v simuláciách (v spodnom diagrame).

Obrázok 1. Anizotropná expanzia Bose-Einsteinovho kondenzátu s rôzne koeficienty adhézne sily. Skutočné výsledky experimenty sú v červenej farbe, výsledky predikcie v simulácii sú v čiernej farbe

Spodný diagram je zväčšená časť stredného rámu v spodnom rade na obrázku 1.

Spodný diagram ukazuje 1D simuláciu celkovej hustoty v závislosti od času v oblasti, kde sa prvýkrát objavila dynamická nestabilita. Bodkované čiary oddeľujú tri skupiny atómov s rýchlosťami

v kvázi momente

Kde je efektívna hmotnosť

začína byť negatívny (horný riadok). Zobrazený je bod minimálnej zápornej efektívnej hmotnosti (stred) a bod, do ktorého sa hmotnosť vracia kladné hodnoty(spodná čiara). Červené bodky označujú miesta, kde leží lokálna kvázi-hybnosť v oblasti negatívnej efektívnej hmoty.

Hneď prvý riadok grafov ukazuje, že počas fyzikálny experiment hmota sa správala presne v súlade s výsledkami simulácie, ktorá predpovedá výskyt častíc so zápornou efektívnou hmotnosťou.

V Bose-Einsteinovom kondenzáte sa častice správajú ako vlny, a preto sa šíria iným smerom, ako by sa mali šíriť normálne častice s kladnou efektívnou hmotnosťou.

Spravodlivo treba povedať, že fyzici počas experimentov opakovane zaznamenávali, ale tieto experimenty by sa dali interpretovať rôznymi spôsobmi. Teraz je neistota do značnej miery eliminovaná.

Vedecký článok 10. apríla 2017 v časopise Fyzické kontrolné listy(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, dostupné na základe predplatného). Kópia článku pred odoslaním do časopisu dňa 13. decembra 2016 o hod voľný prístup na arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Odporúča sa pozerať v rozlíšení 1280 x 800

"Technika-mládež", 1990, č. 10, s. 16-18.

Skenoval Igor Stepikin

Tribúna odvážnych hypotéz

Ponkrat BORISOV, inžinier
Negatívna hmotnosť: voľný let do nekonečna

Články na túto tému sa z času na čas objavujú v zahraničných a sovietskych fyzikálnych časopisoch už viac ako 30 rokov. Ale napodiv sa stále nezdá, že by pritiahli pozornosť popularizátorov. Ale problém negatívnej hmotnosti, a to aj prísne vedecké prostredie- skvelý darček pre milovníkov paradoxov modernej fyziky a spisovateľov sci-fi. Ale taká je vlastnosť špeciálna literatúra: senzácia v nej môže zostať skrytá desiatky rokov...

takze rozprávame sa o hypotetickej forme hmoty, ktorej hmotnosť je v znamienku opačná ako tá obyčajná. Okamžite vyvstáva otázka: čo to vlastne znamená? A hneď je jasné: nie je také ľahké správne definovať pojem negatívnej hmoty.

Nepochybne musí mať vlastnosť gravitačného odpudzovania. Ukazuje sa však, že toto samo o sebe nestačí. AT moderná fyzika Striktne sa rozlišujú štyri druhy hmoty:

gravitačná aktívna – tá, ktorá priťahuje (ak je kladná, samozrejme);

gravitačný pasívny - ten, ktorý je priťahovaný;

inertný, ktorý získava určité zrýchlenie pôsobením aplikovanej sily (a \u003d F / m);

nakoniec Einsteinova pokojová hmotnosť, ktorá určuje celkovú energiu telesa (E = mC 2).

V rámci všeobecne uznávaných teórií sú všetky rovnako veľké. Je však potrebné medzi nimi rozlišovať a to sa ukáže práve pri pokuse o určenie negatívnej hmotnosti. Faktom je, že bude úplne opačný ako zvyčajný, iba ak sa všetky štyri jeho typy stanú negatívnymi.

Na základe tohto prístupu, v úplne prvom článku na túto tému, publikovanom už v roku 1957, anglický fyzik X. Bondy rigoróznymi dôkazmi určil základné vlastnosti „mínusovej hmotnosti“.

Zopakovať ich tu nemusí byť ani veľmi ťažké, pretože sú založené len na newtonovskej mechanike. Ale tým sa náš príbeh zamotá a potom je tu veľa fyzikálnych a matematických „jemností“. Preto poďme rovno k výsledkom, najmä preto, že sú celkom jasné.

Po prvé, „mínusová hmota“ musí gravitačne odpudzovať akékoľvek iné telesá, teda nielen zápornú, ale aj kladnú hmotu (zatiaľ čo bežná hmota, naopak, vždy priťahuje hmotu oboch typov). Ďalej, pri pôsobení akejkoľvek sily, až do sily zotrvačnosti, sa musí pohybovať v smere opačný vektor túto silu. A nakoniec, jeho celková Einsteinova energia musí byť tiež negatívna.

Preto, mimochodom, treba zdôrazniť, že náš úžasná záležitosť- nie antihmota, ktorej hmotnosť sa stále považuje za pozitívnu. Napríklad tým moderné nápady, "Anti-Zem" z antihmoty by sa otáčala okolo Slnka na presne rovnakej dráhe ako naša domovská planéta.

To všetko je takmer zrejmé. Potom však začína neuveriteľné.

Zoberme si rovnakú gravitáciu. Ak sa dve obyčajné telesá priťahujú a približujú k sebe a dve antihmoty sa odpudzujú a rozptyľujú, čo sa potom stane počas gravitačnej interakcie hmôt rôznych znakov?

Nechaj to tak najjednoduchší prípad: teleso (povedzme guľa) vyrobené z hmoty so zápornou hmotnosťou -M je za objektom (nazvime to "raketa" - teraz zistíme prečo) s rovnakou kladnou hmotnosťou +M. Je jasné, že gravitačné pole loptičky raketu odpudzuje, pričom ona sama loptičku priťahuje. Z toho však vyplýva (toto je opäť dôsledne dokázané), že celý systém sa bude pohybovať po priamke spájajúcej stredy dvoch hmôt, pričom konštantné zrýchlenieúmerné sile gravitačná interakcia medzi nimi!

Samozrejme, na prvý pohľad tento obraz spontánneho, bezpríčinného pohybu „dokazuje“ len jedno: antimasa s vlastnosťami, ktoré sme jej pripisovali v definícii od začiatku, jednoducho nemôže existovať. Napokon, zdalo by sa, že sme dostali celý rad porušení tých najnezmeniteľnejších zákonov.

No neporušuje sa tu úplne otvorene napríklad zákon zachovania hybnosti? Obe telá sa bez akéhokoľvek dôvodu ponáhľajú rovnakým smerom, zatiaľ čo sa nič nepohybuje opačným smerom. Pamätajte však, že jedna z más je negatívna! To však znamená, že jeho impulz, bez ohľadu na rýchlosť, má znamienko mínus: (-M) V a potom celkový impulz systém dvoch telies je stále nulový!

To isté platí pre celkovú kinetickú energiu systému. Kým sú telá v pokoji, rovná sa nule. Ale bez ohľadu na to, ako rýchlo sa pohybujú, nič sa nemení: záporná hmotnosť lopty, v úplnom súlade so vzorcom (-M)V 2 /2, akumuluje zápornú hmotnosť. Kinetická energia, čo presne kompenzuje nárast pozitívnej energie rakety.

Ak sa to všetko zdá absurdné, možno „vyrazíme klin klinom“ - skúsme potvrdiť jednu absurditu druhou? Od šiesteho ročníka vieme, že stred rovnakých bodových hmôt (samozrejme kladný) je v strede medzi nimi. Takže – ako by sa vám páčil nasledujúci výstup? Stred rovnakých bodových hmôt RÔZNYCH ZNAKOV leží síce na priamke, ktorá nimi prechádza, ale nie vo vnútri, ale MIMO segmentu, ktorý ich spája, v bode ±Ґ ?!

No, je to jednoduchšie?

Mimochodom, tento záver je už celkom elementárny a každý si ho môže zopakovať, ak chce, vlastniť fyziku na úrovni tej istej šiestej triedy.

Každý, kto neverí ani jednému slovu a chce sa uistiť, že všetky výpočty sú správne, sa môže odvolať na jeden z najnovšie publikácie na túto tému - článok americký fyzik R. Forward „Raketový motor na látke negatívnej hmoty“, uverejnený v prekladovom časopise „ Letecké inžinierstvo»Číslo 4 pre rok 1990.

Ale možno si sofistikovaný čitateľ myslí, že aj bez akýchkoľvek výpočtov pochopil, kde mu tá „lipa“ podsunula? Vskutku: vo všetkých týchto elegantných argumentoch je otázka zamlčaná: odkiaľ sa vzala taká úžasná masa? Koniec koncov, bez ohľadu na jeho pôvod, bude potrebovať energiu na „ťaženie“, „výrobu“ alebo povedzme dodanie na miesto konania, čo znamená ...

Bohužiaľ, sofistikovaný čitateľ! Energia, samozrejme, bude potrebná, ale opäť negatívna. Nedá sa nič robiť: v Einsteinovom vzorci pre celkovú energiu tela E = Ms 2 má naša úžasná hmotnosť rovnaké znamienko mínus. To znamená, že „výroba“ dvojice telies s ROVNAKÝMI hmotnosťami RÔZNYCH znamienok bude vyžadovať NULOVÚ celkovú energiu. To isté platí pre doručenie a akékoľvek iné manipulácie.

Nie – bez ohľadu na to, aké paradoxné sú všetky tieto výsledky, striktné závery uvádzajú, že prítomnosť antihmoty nie je v rozpore nielen s newtonovskou mechanikou, ale aj všeobecná teória relativity. Nebolo možné nájsť žiadne logické zákazy jej existencie.

Nuž – ak teória „dovoľuje“, tak sa zamyslime napríklad – čo sa kedy môže stať fyzický kontakt dve rovnaké častice hmoty s plusovou a mínusovou hmotnosťou? S "obyčajnou" antihmotou je všetko jasné: k anihilácii dôjde s uvoľnením celkovej energie oboch telies. Ale ak je jedna z dvoch rovnakých hmotností záporná, ich celková energia, ako sme práve pochopili, je nulová. Ale ČO s nimi bude v skutočnosti - to je už otázka, ktorá presahuje teóriu.

Výsledok takejto udalosti môže byť známy empiricky. Nedá sa to „vypočítať“ – koniec koncov nemáme ani potuchy o „mechanizme pôsobenia“ negatívnej masy, jej „ vnútorné usporiadanie“(keďže to o hmotnosti obyčajnej nevieme). Teoreticky je jedna vec jasná: v každom prípade celková energia systému zostane nulová. Máme právo predložiť iba HYPOTÉZU, ako to robí ten istý Forward. Podľa jeho predpokladu, fyzická interakcia tu nevedie k anihilácii, ale k takzvanej „nulizácii“, teda „tichej“ vzájomnej anihilácii častíc, ich zániku bez akéhokoľvek uvoľnenia energie.

Ale opakujeme, iba experiment mohol potvrdiť alebo vyvrátiť túto hypotézu.

Z rovnakých dôvodov nevieme nič o tom, ako „vyrobiť“ negatívnu hmotu (ak je to vôbec možné). Teória to len tvrdí rovnakú hmotnosť opačné znamenie v zásade môžu vzniknúť bez akýchkoľvek nákladov na energiu. A len čo sa takáto dvojica telies objaví, bude letieť, zrýchľovať, po priamke do nekonečna...

R. Forward vo svojom článku už „navrhol“ negatívny hromadný motor, ktorý nás môže dostať do akéhokoľvek bodu vo vesmíre pri akomkoľvek zrýchlení, ktoré nastavíme. Ukazuje sa, že všetko, čo je k tomu potrebné, je ... pár dobrých pružín (všetky interakcie „mínusovej hmoty“ s obvyklou prostredníctvom elastických síl sú, samozrejme, tiež podrobne vypočítané).

Položme teda našu úžasnú hmotu, ktorá sa veľkosťou rovná hmotnosti rakety, do stredu jej „motorového priestoru“. Ak potrebujete letieť dopredu, natiahnite pružinu zo zadnej steny a zaháknite jej negatívne hromadné telo. Okamžite kvôli ich „zvrátenosti“ inerciálne vlastnosti nebude sa ponáhľať tam, kam ho ťahajú, ale rovno vpred opačný smer, ťahanie rakety spolu so zrýchlením úmerným sile napätia pružiny.

Ak chcete zastaviť zrýchlenie, stačí odopnúť pružinu. A na spomalenie a zastavenie lode musíte použiť druhú pružinu pripevnenú k prednej stene motorového priestoru.

A predsa je tu čiastočné vyvrátenie „voľného motora“! Pravda, prichádza z úplne nečakanej strany. Ale o tom viac na konci.

Zatiaľ hľadajme miesta, kde by mohlo byť veľké množstvo negatívnej hmoty. Takéto miesta naznačujú obrovské prázdne miesta nachádzajúce sa na veľkých trojrozmerných mapách rozmiestnenia galaxií vo vesmíre - javy, ktoré sú samy osebe najzaujímavejšie. Ako je možné vidieť na obr. 2 sú rozmery týchto dutín, ktoré sa tiež jednoducho nazývajú "bubliny", približne 100 miliónov svetelných rokov (zatiaľ čo rozmery našej Galaxie sú približne 0,06 milióna svetelných rokov). Vesmír má teda v najväčšom meradle „penovú“ štruktúru.

Hranice bublín sú jasne označené zhlukami Vysoké číslo galaxie. Vo vnútri nie sú prakticky žiadne bubliny, a ak sa tam nájdu, ide o veľmi neobvyklé predmety. Vyznačujú sa spektrami silného vysokofrekvenčného žiarenia. Teraz sa verí, že bubliny obsahujú „neúspešné“ galaxie alebo plynové oblaky obyčajného vodíka.

Je však možné predpokladať, že „penová“ štruktúra Vesmíru je výsledkom jeho formovania z rovnakého počtu častíc zápornej a kladnej hmotnosti? Mimochodom, z takéhoto vysvetlenia vyplýva veľmi atraktívny dôsledok: celková hmotnosť Vesmíru vždy bola a zostáva nula. Potom sú bubliny prírodné miesta pre mínusovú hmotnosť, ktorej častice majú tendenciu sa rozptýliť čo najďalej od seba. A kladná hmota sa vytláča na povrch bublín, kde vplyvom gravitačných síl vytvára galaxie a hviezdy. Tu si môžeme pripomenúť článok A. A. Baranova, ktorý vyšiel v roku 1971 v čísle 11 časopisu Izvestija Vuzov. Fyzika". Tam sa uvažuje kozmologický model Vesmír s časticami s hmotnosťou oboch znamení. Pomocou tohto modelu autor vysvetľuje experimentálne odhady kozmologickej konštanty a Hubbleovho červeného posunu, ako aj niektoré anomálne javy pozorované v interagujúcich galaxiách.

Ďalšie možné znamenie veľké množstvá negatívna hmotnosť – prítomnosť veľmi rýchlych „prúdov“ vo veľkorozmerných štruktúrach Vesmíru. Nadkopa obsahujúca našu Galaxiu teda „tečie“ rýchlosťou 600 km/s vzhľadom na pokojné pozadie. reliktné žiarenie. Takáto rýchlosť nezapadá do rámca teórií vzniku galaxií zo studenej temnej hmoty. R. Forward navrhuje pokúsiť sa vysvetliť tento jav s prihliadnutím na kolektívne odpudzovanie superklastrov z bublín obsahujúcich negatívnu hmotu.

takze negatívna záležitosť môže sa len rozletieť. Ukazuje sa však, že toto je čiastočné vyvrátenie mnohých záverov, o ktorých sa diskutovalo. Vlastnosť gravitačného odpudzovania častíc hmoty, bez ohľadu na ich povahu, totiž nevyhnutne vedie k tomu, že tieto častice sa vplyvom gravitačných síl nedokážu spojiť. Navyše, keďže sa častica so zápornou hmotnosťou pri pôsobení akejkoľvek sily pohybuje v smere opačnom k ​​vektoru tejto sily, bežné medziatómové interakcie nemôžu viazať takéto častice do „normálnych“ telies.

Dúfame však, že čitateľ napriek tomu dostal potešenie zo všetkých týchto argumentov ...

Hypotetická červia diera v časopriestore

V laboratóriu Washingtonskej univerzity boli vytvorené podmienky pre vznik Boseho-Einsteinovho kondenzátu v objeme menšom ako 0,001 mm³. Častice boli spomaľované laserom a čakali, kým energetická z nich opustí objem, čím sa materiál ďalej ochladzuje. V tomto štádiu mala superkritická tekutina stále kladnú hmotnosť. V prípade úniku v nádobe by sa atómy rubídia rozptýlili rôznymi smermi, pretože centrálne atómy by vytlačili extrémne atómy smerom von a tie by sa zrýchlili v smere pôsobenia sily.

Na vytvorenie negatívnej efektívnej hmoty použili fyzici inú sadu laserov, ktoré zmenili rotáciu niektorých atómov. Ako predpovedá simulácia, v niektorých oblastiach nádoby by častice mali nadobudnúť zápornú hmotnosť. To je jasne vidieť na prudkom náraste hustoty hmoty ako funkcie času v simuláciách (v spodnom diagrame).

Obrázok 1. Anizotropná expanzia Bose-Einsteinovho kondenzátu s rôznymi súčiniteľmi kohéznej sily. Reálne výsledky experimentu sú červenou farbou, výsledky predpovede v simulácii čiernou farbou

Spodný diagram je zväčšená časť stredného rámu v spodnom rade na obrázku 1.

Spodný diagram ukazuje 1D simuláciu celkovej hustoty v závislosti od času v oblasti, kde sa prvýkrát objavila dynamická nestabilita. Bodkované čiary oddeľujú tri skupiny atómov s rýchlosťami v kvázi-hybnosti, kde efektívna hmotnosť začína byť záporná (horná čiara). Zobrazuje sa bod minimálnej zápornej efektívnej hmotnosti (uprostred) a bod, v ktorom sa hmotnosť vracia do kladných hodnôt (spodná čiara). Červené bodky označujú miesta, kde leží lokálna kvázi-hybnosť v oblasti negatívnej efektívnej hmoty.

Hneď prvý riadok grafov ukazuje, že počas fyzikálneho experimentu sa hmota správala presne ako simulovaná, čo predpovedá výskyt častíc so zápornou efektívnou hmotnosťou.

V Bose-Einsteinovom kondenzáte sa častice správajú ako vlny, a preto sa šíria iným smerom, ako by sa mali šíriť normálne častice s kladnou efektívnou hmotnosťou.

Pre spravodlivosť treba povedať, že fyzici opakovane zaznamenávali výsledky počas experimentov, keď sa prejavili vlastnosti hmoty so zápornou hmotnosťou, ale tieto experimenty sa dali interpretovať rôznymi spôsobmi. Teraz je neistota do značnej miery eliminovaná.

Vedecký článok uverejnený 10. apríla 2017 v časopise Fyzické kontrolné listy(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, dostupné na základe predplatného). Kópia článku pred odoslaním do časopisu bola umiestnená 13. decembra 2016 vo verejnej doméne na arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Vedci zo Spojených štátov tvrdia, že v laboratóriu vytvorili látku s negatívnou hmotnosťou. Táto látka je kvapalina s veľmi nezvyčajné vlastnosti. Napríklad, ak stlačíte túto tekutinu, dostane negatívne zrýchlenie, to znamená dozadu, nie dopredu. Takáto zvláštnosť by vedcom mohla povedať veľa o tom, čo sa deje vo vnútri zvláštne predmety ako sú čierne diery a neutrónové hviezdy.
Môže však mať niečo zápornú hmotnosť? Je to možné?

Teoreticky môže mať hmota zápornú hmotnosť rovnakým spôsobom, ako môže mať elektrický náboj zápornú alebo kladnú hodnotu.

Na papieri to funguje, no vo svete vedy prebieha búrlivá diskusia o tom, či už samotný predpoklad existencie niečoho so zápornou hmotnosťou neporušuje základné fyzikálne zákony. Pre nás, Obyčajní ľudia Zdá sa, že tento koncept je príliš komplikovaný na pochopenie.

diferenciálneho zákona mechanický pohyb alebo, jednoduchšie, druhý Newtonov zákon je vyjadrený vzorcom A=F/M. To znamená, že zrýchlenie telesa sa rovná pomeru sily, ktorá naň pôsobí, k hmotnosti telesa. Ak nastavíte negatívny význam hmoty, potom telo celkom logicky dostane negatívne zrýchlenie. Len si predstavte, že odpálite loptu a tá sa vám kotúľa po nohe.

Avšak to, čo sa nám zdá cudzie, nemusí byť nemožné a vyššie uvedené teoretické cvičenia sú najlepším spôsobom, ako dokázať, že negatívna hmotnosť môže existovať v našom vesmíre bez porušenia všeobecnej teórie relativity.

Túžba pochopiť toto všetko viedla k aktívnym pokusom výskumníkov znovu vytvoriť negatívnu hmotu v laboratóriu, ako vidíme, dokonca aj s určitým úspechom.

Vedci z Washingtonskej univerzity uviedli, že sa im podarilo získať kvapalinu, ktorá sa správa presne tak, ako by sa malo správať teleso so zápornou hmotnosťou. A ich objav môže byť konečne použitý na štúdium niektorých zvláštne javy v hlbinách vesmíru.

Na vytvorenie tejto podivnej kvapaliny vedci použili lasery na ochladenie atómov rubídia takmer na absolútnu nulu, čím sa vytvorilo to, čo sa nazýva Bose-Einsteinov kondenzát.

V tomto stave sa častice pohybujú neuveriteľne pomaly a čudne, podľa zvláštnych princípov kvantovej mechaniky klasickej fyziky, to znamená, že sa začnú správať ako vlny.

Častice sa tiež synchronizujú a pohybujú jednotne, čím vytvárajú supratekutú látku, ktorá sa môže pohybovať bez straty energie trením.
Vedci použili lasery na vytvorenie supratekutiny nízke teploty, ako aj na umiestnenie do miskovitého poľa s priemerom menším ako 100 mikrónov.

Pokiaľ zostala superhmota umiestnená v tomto priestore, mala obyčajnú hmotnosť a bola celkom v súlade s koncepciou Bose-Einsteinovho kondenzátu. Až kým nebol nútený presťahovať sa.

Pomocou druhej sady laserov vedci prinútili atómy pohybovať sa tam a späť, v dôsledku čoho sa ich rotácia zmenila a rubídium, ktoré prekonalo bariéru "misky", rýchlo vystreklo. Akoby však mala negatívnu hmotnosť. Podľa vedcov bol dojem taký, že kvapalina narazila na neviditeľnú bariéru a odrazila sa od nej.

Vedci teda potvrdili domnienky o existencii negatívnej hmoty, no toto je len úplný začiatok cesty. Zostáva zistiť, či je správanie tekutiny v laboratórnych podmienkach opakovateľné a dostatočne spoľahlivé na testovanie niektorých predpokladov o záporných hmotnostiach. Netešte sa teda dopredu, ostatné tímy si musia výsledky zopakovať sami.

Jedno je isté, fyzika je čoraz zaujímavejšia a stojí za to sa o ňu zaujímať.

1. Prečo čas plynie len dopredu. Fyzici vysvetľujú „Čas je to, čo bráni tomu, aby sa všetko stalo naraz,“ napísal Ray Cummings vo svojom sci-fi románe z roku 1922...
2. Červí diera, Červí diera a cestovanie v čase Červí diera je teoretický prechod časopriestorom, ktorý môže výrazne obmedziť cestovanie na dlhé vzdialenosti vesmírom vytvorením skratiek...