Ang mga mananaliksik mula sa University of Washington (USA) ay nakamit mula sa rubidium atoms ang pag-uugali ng isang substance na may negatibong mabisang masa. Nangangahulugan ito na ang mga atomo na ito ay hindi lumipad sa direksyon ng vector ng impluwensyang ito sa ilalim ng panlabas na impluwensya. Sa ilalim ng mga pang-eksperimentong kondisyon, kumilos sila na parang tumakbo sila sa isang hindi nakikitang pader sa tuwing lalapit sila sa mga hangganan ng isang rehiyon na may napakaliit na volume. Ang kaukulang isa ay nai-publish sa Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal. Ang eksperimento ay na-misinterpret ng media bilang "lumilikha ng bagay na may negatibong masa" (sa teorya, pinapayagan ka nitong lumikha ng mga wormhole para sa malayong lugar. paglalakbay sa kalawakan). Sa katunayan, ang pagkuha ng isang sangkap na may negatibong masa, kung maaari, ay higit pa sa kung ano ang makakamit modernong agham at mga teknolohiya.

Ang mga atomo ng rubidium ay pinilit na lumipat sa direksyon na kabaligtaran sa vector ng puwersa na inilapat sa kanila. Napagkamalan ito ng media bilang ang paglikha ng isang sangkap na may "negatibong masa"

Ang mga may-akda ng gawain ay pinabagal ang mga atomo ng rubidium na may isang laser (ang pagbaba sa bilis ng isang butil ay nangangahulugan ng paglamig nito). Sa ikalawang yugto ng paglamig, ang pinaka-masiglang mga atomo ay pinahintulutan na umalis sa pinalamig na dami. Lalo siyang pinalamig nito, kung paanong pinalamig ng evaporation ng mga refrigerant atoms ang mga nilalaman ng refrigerator sa bahay. Sa ikatlong yugto, isang iba't ibang hanay ng mga laser ang ginamit, ang mga pulso kung saan nagbago ang pag-ikot (pinasimple, ang direksyon ng pag-ikot sa paligid. sariling axis) bahagi ng mga atomo.

Dahil ang ilang mga atom sa pinalamig na dami ay patuloy na may normal na pag-ikot, habang ang iba ay nakatanggap ng kabaligtaran, ang kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa ay nakakuha ng isang hindi pangkaraniwang karakter. Sa normal na pag-uugali, ang mga atomo ng rubidium na nagbabanggaan ay lilipad papasok magkaibang panig. Itutulak ng mga gitnang atomo ang mga panlabas palabas, pinabilis ang mga ito sa direksyon ng aplikasyon ng puwersa (ang vector ng paggalaw ng unang atom). Dahil sa hindi pagkakapare-pareho sa mga pag-ikot, sa pagsasagawa, ang mga atomo ng rubidium na pinalamig sa maliliit na praksyon ng isang kelvin ay hindi lumipad nang magkahiwalay pagkatapos ng mga banggaan, na natitira sa paunang volume, na katumbas ng humigit-kumulang isang libo ng isang cubic millimeter. Sa labas, parang may nabangga silang pader na hindi nakikita.

Isang napakalayo na pagkakatulad para sa isang pangkat ng mga atom na may iba't ibang mga spin - isang banggaan ng dalawa o higit pa mga bola ng soccer, ang side impact ay na-pre-twisted bago umikot sa paligid ng axis nito sa iba't ibang direksyon. Malinaw na ang mga direksyon at bilis ng kanilang paggalaw pagkatapos ng banggaan ay mag-iiba nang malaki mula sa parehong mga resulta para sa mga ordinaryong bola. Ngunit ito ay hindi nangangahulugan na ang mga bola ay nagbago ang kanilang pisikal na masa. Tanging ang likas na katangian ng kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa ay nagbago. Gayundin sa eksperimento, ang masa ng mga atomo ay hindi naging negatibo. Sa isang gravitational field, bababa pa rin sila. Ang talagang nagbago ay kung saan lamang sila lumipat pagkatapos ng banggaan sa iba pang katulad na mga atomo, ngunit "umiikot" sa paligid ng kanilang axis sa kabilang direksyon.

Ang pag-uugali ng rubidium atoms sa eksperimento ay tumutugma sa kahulugan ng negatibong epektibong masa sa pisika. Ito ay ginagamit, halimbawa, sa paglalarawan ng pag-uugali ng isang electron sa kristal na sala-sala. Para sa kanya, ang pormal na masa ay nakasalalay sa direksyon ng paggalaw na may kaugnayan sa mga axes ng kristal. Ang paglipat sa isang direksyon, magpapakita ito ng isang pagkakaiba (scattering), sa isa pa - isa pa. Ang konsepto ng epektibong masa ay ipinakilala para sa kanila dahil kung hindi, kapag inilalarawan ang kanilang pagkalat sa pamamagitan ng mga formula, ang masa ay magsisimulang umasa sa enerhiya, na hindi masyadong maginhawa para sa mga kalkulasyon. Ang isang halimbawa ng isang negatibong epektibong masa ay ang pag-uugali ng mga butas sa semiconductors, na kailangang harapin ng bawat gumagamit ng modernong electronics.

Karamihan sa mga media, kabilang ang mga Ruso, ay binigyang-kahulugan ang eksperimento bilang paglikha ng isang sangkap na may negatibong masa. Sa teorya, ang bagay na may katulad na mga katangian ay maaaring gamitin upang panatilihing gumagana ang mga wormhole, na nagpapahintulot sa malayuang paglalakbay sa espasyo at oras sa halos zero na oras. Ang praktikal na posibilidad ng paglikha ng naturang sangkap, pati na rin ang mga wormhole mismo, ay hindi pa napatunayan. Kahit na posible, hindi makatotohanang makuha ito gamit ang mga modernong teknikal na kakayahan ng sangkatauhan.

Inirerekomendang panoorin sa 1280 x 800 na resolution

"Technique-youth", 1990, No. 10, p. 16-18.

Na-scan ni Igor Stepikin

Tribune ng matapang na hypotheses

Ponkrat BORISOV, inhinyero
Negatibong Misa: Libreng Paglipad patungong Infinity

Ang mga artikulo sa paksang ito ay lumilitaw sa dayuhan at Soviet physics journal sa pana-panahon nang higit sa 30 taon. Ngunit ang kakaiba, tila hindi pa rin sila nakakaakit ng atensyon ng mga sikat. Pero ang problema negatibong masa, at kahit mahigpit pang-agham na setting- isang magandang regalo para sa mga mahilig sa mga kabalintunaan ng modernong pisika, at mga manunulat ng science fiction. Ngunit ganoon ang ari-arian espesyal na panitikan: ang sensasyon dito ay maaaring manatiling nakatago sa loob ng mga dekada ...

Kaya, nag-uusap kami tungkol sa isang hypothetical na anyo ng bagay, na ang masa nito ay kabaligtaran sa sign sa karaniwan. Ang tanong ay agad na lumitaw: ano ang ibig sabihin nito? At agad itong nagiging malinaw: hindi napakadali na tukuyin nang tama ang konsepto ng negatibong masa.

Walang alinlangan, dapat itong magkaroon ng pag-aari ng gravitational repulsion. Ngunit lumalabas na ito lamang ay hindi sapat. AT modernong pisika apat na uri ng masa ang mahigpit na nakikilala:

gravitational active - ang nakakaakit (kung ito ay positibo, siyempre);

gravitational passive - ang naaakit;

hindi gumagalaw, na nakakakuha ng isang tiyak na acceleration sa ilalim ng pagkilos ng isang inilapat na puwersa (a \u003d F / m);

panghuli, ang rest mass ni Einstein, na nagtatakda ng kabuuang enerhiya ng katawan (E = mC 2).

Sa balangkas ng pangkalahatang tinatanggap na mga teorya, lahat sila ay pantay-pantay sa magnitude. Ngunit ito ay kinakailangan upang makilala sa pagitan ng mga ito, at ito ay nagiging malinaw kapag sinusubukang matukoy ang negatibong masa. Ang katotohanan ay ito ay magiging ganap na kabaligtaran sa karaniwan lamang kung ang lahat ng apat na uri nito ay magiging negatibo.

Batay sa diskarteng ito, sa pinakaunang artikulo sa paksang ito, na inilathala noong 1957, English physicist X. Tinukoy ni Bondy ang mga pangunahing katangian ng "minus-mass" sa pamamagitan ng mahigpit na mga patunay.

Maaaring hindi masyadong mahirap na ulitin ang mga ito dito, dahil ang mga ito ay nakabatay lamang sa Newtonian mechanics. Ngunit ito ay kalat sa aming kuwento, at pagkatapos ay mayroong maraming pisikal at matematika na "mga subtleties". Samakatuwid, dumiretso tayo sa mga resulta, lalo na't medyo malinaw ang mga ito.

Una, ang "minus matter" ay dapat na gravitationally pagtataboy sa anumang iba pang mga katawan, iyon ay, hindi lamang sa negatibo, kundi pati na rin sa positibong masa (samantalang ang ordinaryong bagay, sa kabaligtaran, ay palaging umaakit sa bagay ng parehong uri). Dagdag pa, sa ilalim ng pagkilos ng anumang puwersa, hanggang sa puwersa ng pagkawalang-kilos, dapat itong lumipat sa direksyon kabaligtaran ng vector lakas na ito. At sa wakas, ang kabuuang Einstein energy nito ay dapat na negatibo din.

Samakatuwid, sa pamamagitan ng paraan, dapat itong bigyang-diin na ang ating kamangha-manghang bagay- hindi antimatter, ang masa nito ay itinuturing pa ring positibo. Halimbawa, ni modernong ideya, "Anti-Earth" mula sa antimatter ay iikot sa Araw sa eksaktong kaparehong orbit ng ating planetang tahanan.

Ang lahat ng ito ay halos halata. Ngunit pagkatapos ay magsisimula ang hindi kapani-paniwala.

Kunin natin ang parehong gravity. Kung ang dalawang ordinaryong katawan ay umaakit at lumalapit sa isa't isa, at ang dalawang antimasa ay nagtataboy sa isa't isa at nagkakalat, ano ang mangyayari sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ng mga masa ng iba't ibang mga palatandaan?

Hayaan na pinakasimpleng kaso: isang katawan (sabihin, isang bola) na gawa sa bagay na may negatibong masa -M ay nasa likod ng isang bagay (tawagin natin itong "rocket" - ngayon ay malalaman natin kung bakit) na may katumbas na positibong masa +M. Ito ay malinaw na ang gravitational field ng bola ay nagtataboy sa rocket, habang ito mismo ang umaakit sa bola. Ngunit ito ay sumusunod mula dito (ito ay muling mahigpit na pinatunayan) na ang buong sistema ay lilipat sa isang tuwid na linya na nagkokonekta sa mga sentro ng dalawang masa, na may patuloy na acceleration, proporsyonal sa lakas ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan nila!

Siyempre, sa unang sulyap, ang larawang ito ng kusang, walang dahilan na paggalaw ay "nagpapatunay" lamang ng isang bagay: ang antimass na may mga katangian na iniugnay natin dito sa kahulugan mula pa sa simula ay hindi maaaring umiral. Pagkatapos ng lahat, nakatanggap kami, tila, isang buong grupo ng mga paglabag sa mga pinaka-hindi nababagong batas.

Well, hindi ba't ang batas ng konserbasyon ng momentum, halimbawa, ay tahasang nilalabag dito? Parehong katawan, nang walang dahilan, ay nagmamadali sa parehong direksyon, habang walang gumagalaw sa kabilang direksyon. Ngunit tandaan na ang isa sa masa ay negatibo! Ngunit nangangahulugan ito na ang salpok nito, anuman ang bilis, ay may minus sign: (-M) V, at pagkatapos kabuuang salpok zero pa rin ang two-body system!

Ang parehong ay totoo para sa kabuuang kinetic energy ng system. Habang ang mga katawan ay nagpapahinga, ito ay katumbas ng zero. Ngunit gaano man kabilis ang paggalaw nila, walang nagbabago: ang negatibong masa ng bola, alinsunod sa formula (-M)V 2/2, ay nag-iipon ng negatibo kinetic energy, na eksaktong kabayaran para sa pagtaas ng positibong enerhiya ng rocket.

Kung ang lahat ng ito ay tila walang katotohanan, kung gayon marahil ay "i-knock out ang isang wedge na may isang wedge" - subukan nating kumpirmahin ang isang kahangalan sa isa pa? Mula noong ika-anim na baitang, alam natin na ang sentro ng equal point mass (siyempre positibo) ay nasa gitna sa pagitan nila. Kaya - paano mo gusto ang sumusunod na output? Ang sentro ng pantay na punto ng masa ng MAGKAIBANG SIGN ay namamalagi, bagaman sa isang tuwid na linya na dumadaan sa kanila, ngunit hindi sa loob, ngunit sa LABAS ng segment na kumukonekta sa kanila, sa puntong ±Ґ ?!

Well, mas madali ba?

Sa pamamagitan ng paraan, ang konklusyon na ito ay medyo elementarya, at lahat ay maaaring ulitin ito kung nais nila, pagmamay-ari ng pisika sa antas ng parehong ikaanim na baitang.

Ang sinumang hindi naniniwala sa isang salita at gustong matiyak na tama ang lahat ng kalkulasyon ay maaaring sumangguni sa isa sa pinakabagong mga publikasyon sa paksang ito - artikulo Amerikanong pisiko R. Ipasa ang "Rocket engine sa sangkap ng negatibong masa", na inilathala sa isinalin na magazine " Aerospace engineering» Blg. 4 para sa 1990.

Ngunit, marahil, iniisip ng sopistikadong mambabasa na kahit na walang anumang mga kalkulasyon ay naiintindihan niya kung saan ang "linden" ay nadulas sa kanya? Sa katunayan: sa lahat ng matikas na argumentong ito, ang tanong ay patahimikin: saan nagmula ang gayong kahanga-hangang misa? Pagkatapos ng lahat, anuman ang pinagmulan nito, kakailanganin ng enerhiya upang "i-extract", "paggawa" o, sabihin nating, ihatid ito sa pinangyarihan ng aksyon, na nangangahulugang ...

Naku, sopistikadong mambabasa! Ang enerhiya, siyempre, ay kakailanganin, ngunit muli ay negatibo. Walang magagawa: sa formula ni Einstein para sa kabuuang enerhiya ng katawan E = Ms 2, ang ating kahanga-hangang masa ay may parehong minus sign. Nangangahulugan ito na ang "produksyon" ng isang pares ng mga katawan na may PANTAY na masa ng IBA'T IBANG palatandaan ay mangangailangan ng ZERO kabuuang enerhiya. Ang parehong naaangkop sa paghahatid, at sa anumang iba pang mga manipulasyon.

Hindi - gaano man kabalintunaan ang lahat ng mga resultang ito, ang mga mahigpit na konklusyon ay nagsasabi na ang pagkakaroon ng antimass ay hindi sumasalungat hindi lamang sa Newtonian mechanics, kundi pati na rin pangkalahatang teorya relativity. Hindi posible na makahanap ng anumang lohikal na pagbabawal sa pagkakaroon nito.

Well - kung ang teorya ay "pinapayagan", pagkatapos ay isipin natin, halimbawa, - kung ano ang maaaring mangyari kapag pisikal na pakikipag-ugnayan dalawang magkaparehong particle ng matter na may plus at minus na masa? Sa "ordinaryong" antimatter, ang lahat ay malinaw: ang paglipol ay magaganap sa paglabas ng kabuuang enerhiya ng parehong mga katawan. Ngunit kung ang isa sa dalawang pantay na masa ay negatibo, kung gayon ang kanilang kabuuang enerhiya, gaya ng naintindihan natin, ay zero. Ngunit ANO ang mangyayari sa kanila sa katotohanan - ito ay isang katanungan na higit pa sa teorya.

Malalaman lamang ang kahihinatnan ng naturang kaganapan empirically. Imposibleng "kalkulahin" ito - pagkatapos ng lahat, wala tayong ideya tungkol sa "mekanismo ng pagkilos" ng negatibong masa, ang " panloob na kaayusan”(bilang, gayunpaman, hindi namin alam ito tungkol sa masa ng karaniwan). Theoretically, isang bagay ang malinaw: sa anumang kaso, ang kabuuang enerhiya ng system ay mananatiling zero. Kami ay may karapatan na maglagay lamang ng isang HYPOTHESIS, tulad ng ginagawa ng parehong Forward. Ayon sa kanyang palagay, pisikal na pakikipag-ugnayan dito ito ay hindi humahantong sa paglipol, ngunit sa tinatawag na "pagpawalang-bisa", iyon ay, ang "tahimik" na magkaparehong paglipol ng mga particle, ang kanilang pagkawala nang walang anumang paglabas ng enerhiya.

Ngunit, inuulit namin, isang eksperimento lamang ang maaaring kumpirmahin o pabulaanan ang hypothesis na ito.

Para sa parehong mga kadahilanan, wala kaming alam tungkol sa kung paano "gumawa" ng negatibong masa (kung posible man). Ang teorya lamang ang nagsasaad nito pantay na masa kabaligtaran ng tanda sa prinsipyo, maaari silang lumabas nang walang anumang mga gastos sa enerhiya. At sa sandaling lumitaw ang gayong pares ng mga katawan, ito ay lilipad, bumibilis, sa isang tuwid na linya hanggang sa kawalang-hanggan...

Si R. Forward sa kanyang artikulo ay "nagdisenyo" na ng negatibong mass engine na maaaring magdadala sa atin sa anumang punto sa Uniberso sa anumang acceleration na itinakda natin. Ito ay lumiliko na ang lahat ng kailangan para dito ay ... isang pares ng magagandang bukal (lahat ng mga pakikipag-ugnayan ng "minus-mass" sa karaniwan sa pamamagitan ng nababanat na pwersa, siyempre, ay kinakalkula din nang detalyado).

Kaya, ilagay natin ang ating kahanga-hangang masa, katumbas ng laki ng masa ng rocket, sa gitna ng "compartment ng makina" nito. Kung kailangan mong lumipad pasulong, iunat ang spring mula sa likod na dingding at ikabit ang negatibong mass body nito. Dahil agad sa kanilang "pervert" mga inertial na katangian hindi ito susugod kung saan ito hinihila, ngunit diretso sa unahan kabaligtaran ng direksyon, pagkaladkad sa rocket kasama ng isang acceleration na proporsyonal sa puwersa ng pag-igting sa tagsibol.

Upang ihinto ang acceleration, ito ay sapat na upang i-unhook ang spring. At upang pabagalin at ihinto ang barko, kailangan mong gumamit ng pangalawang spring na nakakabit sa front wall ng engine compartment.

At gayon pa man mayroong isang bahagyang pagpapabulaanan ng "libreng makina"! Totoo, nagmula ito sa isang ganap na hindi inaasahang panig. Ngunit higit pa tungkol doon sa dulo.

Pansamantala, maghanap tayo ng mga lugar kung saan maaaring magkaroon ng malaking halaga ng negatibong masa. Ang mga nasabing lugar ay iminungkahi ng mga higanteng void na matatagpuan sa malakihang tatlong-dimensional na mga mapa ng pamamahagi ng mga kalawakan sa Uniberso - mga phenomena na pinaka-interesante sa kanilang sarili. Gaya ng makikita sa fig. 2, ang mga sukat ng mga cavity na ito, na tinatawag ding "bubbles", ay humigit-kumulang 100 milyong light years (samantalang ang mga sukat ng ating Galaxy ay mga 0.06 million light years). Kaya, sa pinakamalaking sukat, ang Uniberso ay may "mabula" na istraktura.

Ang mga hangganan ng mga bula ay malinaw na minarkahan ng mga kumpol isang malaking bilang mga kalawakan. Halos walang mga bula sa loob, at kung sila ay matatagpuan doon, kung gayon ang mga ito ay napaka hindi pangkaraniwang mga bagay. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng spectra ng malakas na high-frequency radiation. Pinaniniwalaan na ngayon na ang mga bula ay naglalaman ng mga "nabigo" na mga kalawakan o mga ulap ng gas ng ordinaryong hydrogen.

Ngunit posible bang ipagpalagay na ang "mabula" na istraktura ng Uniberso ay ang resulta ng pagbuo nito mula sa parehong bilang ng mga particle ng negatibo at positibong masa? Sa pamamagitan ng paraan, ang isang napaka-kaakit-akit na kahihinatnan ay sumusunod mula sa gayong paliwanag: ang kabuuang masa ng Uniberso ay palaging at nananatili. sero. Pagkatapos ay ang mga bula ay mga natural na lugar para sa minus-mass, ang mga particle na may posibilidad na maghiwa-hiwalay hangga't maaari mula sa isa't isa. At ang positibong masa ay itinulak sa ibabaw ng mga bula, kung saan, sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng grabidad, bumubuo ito ng mga kalawakan at mga bituin. Dito natin maaalala ang artikulo ni A. A. Baranov, na lumitaw noong 1971 sa No. 11 ng journal na Izvestia Vuzov. Physics". Isinasaalang-alang nito ang cosmological na modelo ng Uniberso na may mga particle na may mga masa ng parehong mga palatandaan. Gamit ang modelong ito, ipinaliwanag ng may-akda ang mga pang-eksperimentong pagtatantya ng cosmological constant at ang Hubble redshift, pati na rin ang ilang maanomalyang phenomena naobserbahan sa mga nakikipag-ugnayang kalawakan.

Isa pang posibleng senyales malalaking dami negatibong masa - ang pagkakaroon ng napakabilis na "agos" sa malalaking istruktura ng Uniberso. Kaya, ang supercluster na naglalaman ng ating Galaxy ay "dumaloy" sa bilis na 600 km/s kumpara sa background sa pahinga. relic radiation. Ang ganitong bilis ay hindi umaangkop sa balangkas ng mga teorya ng pagbuo ng mga kalawakan mula sa malamig na madilim na bagay. Iminumungkahi ni R. Forward na subukang ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito na isinasaalang-alang ang kolektibong pagtanggi ng mga supercluster mula sa mga bula na naglalaman ng negatibong masa.

Kaya, nakakalat lamang ang negatibong bagay. Ngunit ito, lumalabas, ay ang bahagyang pagpapabulaanan ng marami sa mga konklusyon na tinalakay. Pagkatapos ng lahat, ang pag-aari ng gravitational repulsion ng mga particle ng bagay, anuman ang kanilang kalikasan, ay hindi maiiwasang humahantong sa katotohanan na ang mga particle na ito ay hindi maaaring magsama-sama sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng gravitational. Bukod dito, dahil ang isang particle ng negatibong masa sa ilalim ng pagkilos ng anumang puwersa ay gumagalaw sa direksyon na kabaligtaran sa vector ng puwersang ito, kung gayon ang mga ordinaryong interatomic na pakikipag-ugnayan ay hindi maaaring magbigkis ng mga naturang particle sa "normal" na mga katawan.

Ngunit inaasahan namin na ang mambabasa gayunpaman ay nakatanggap ng kasiyahan mula sa lahat ng mga argumentong ito ...

Ang mga physicist sa University of Washington ay lumikha ng isang likido na may negatibong masa. Itulak ito, at hindi tulad ng lahat ng pisikal na bagay sa mundo na alam natin, hindi ito bumibilis sa direksyon ng pagtulak. Siya accelerates sa reverse side. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay bihirang nilikha sa lab at maaaring gamitin upang tuklasin ang ilan sa mga mas kumplikadong konsepto tungkol sa kosmos, sabi ni Michael Forbes, associate professor, physicist at astronomer sa University of Washington. Ang pag-aaral ay lumabas sa Physical Review Letters.

Hypothetically, maaaring magkaroon ng negatibong masa ang matter sa parehong kahulugan na iyon singil ng kuryente maaaring maging negatibo at positibo. Ang mga tao ay bihirang mag-isip tungkol dito, at ang ating pang-araw-araw na mundo ay nagpapakita lamang ng mga positibong aspeto ng Ikalawang Batas ng Paggalaw ni Isaac Newton, ayon sa kung saan ang puwersa na kumikilos sa isang katawan ay katumbas ng produkto ng masa ng katawan at ang pagbilis na ibinibigay ng puwersang ito. , o F = ma.

Sa madaling salita, kung itulak mo ang isang bagay, ito ay bibilis sa direksyon ng iyong pagtulak. Ang masa ay magpapabilis nito sa direksyon ng puwersa.

"Sanay na kami sa ganitong kalagayan," sabi ni Forbes, na naghihintay ng isang sorpresa. "With negative mass, if you push something, it will accelerate towards you."

Mga kondisyon para sa negatibong masa

Kasama ang mga kasamahan, nilikha niya ang mga kondisyon para sa negatibong masa sa pamamagitan ng paglamig ng mga atomo ng rubidium sa isang estado na halos ganap na zero at sa gayon ay lumilikha ng isang Bose-Einstein condensate. Sa ganitong estado, hinulaan nina Shatyendranath Bose at Albert Einstein, ang mga particle ay gumagalaw nang napakabagal at, sumusunod sa mga prinsipyo quantum mechanics kumilos na parang alon. Sila rin ay nagsi-synchronize at gumagalaw nang sabay-sabay bilang isang superfluid na dumadaloy nang walang pagkawala ng enerhiya.

Pinangunahan ni Peter Engels, isang propesor ng physics at astronomy sa Unibersidad ng Washington, nilikha ng mga siyentipiko sa ikaanim na palapag ng Webster Hall ang mga kundisyong ito sa pamamagitan ng paggamit ng mga laser upang pabagalin ang mga particle, ginagawa itong mas malamig at pinapayagan ang mainit, mataas na enerhiya na mga particle na makatakas tulad ng singaw, pinapalamig pa ang materyal.

Nakuha ng mga laser ang mga atom na parang nasa isang mangkok na wala pang isang daang microns ang laki. Sa yugtong ito, ang superfluid rubidium ay may karaniwang masa. Ang pagkalagot ng mangkok ay nagpapahintulot sa rubidium na makatakas, na lumalawak habang ang rubidium sa gitna ay pinilit palabas.

Upang lumikha ng negatibong masa, gumamit ang mga siyentipiko ng pangalawang hanay ng mga laser na nagtulak sa mga atomo pabalik-balik, na binabago ang kanilang pag-ikot. Ngayon, kapag mabilis na naubos ang rubidium, kumikilos ito na parang may negatibong masa. "Itulak mo at bibilis papasok magkasalungat na daan sabi ni Forbes. "Ito ay tulad ng rubidium na tumama sa isang hindi nakikitang pader."

Pag-aalis ng mga pangunahing depekto

Ang pamamaraang ginamit ng mga siyentipiko ng Unibersidad ng Washington ay umiwas sa ilan sa mga pangunahing bahid na natagpuan sa mga nakaraang pagtatangka upang maunawaan ang negatibong masa.

"Ang unang bagay na napagtanto namin ay mayroon kaming mahigpit na kontrol sa likas na katangian ng negatibong masa na ito nang walang anumang iba pang mga komplikasyon," sabi ni Forbes. Ipinapaliwanag ng kanilang pag-aaral, na mula sa posisyon ng negatibong masa, katulad na pag-uugali sa ibang mga sistema. Ang pagtaas ng kontrol ay nagbibigay sa mga mananaliksik bagong kasangkapan upang bumuo ng mga eksperimento upang pag-aralan ang katulad na pisika sa astrophysics, gamit ang halimbawa mga neutron na bituin, at mga cosmological phenomena tulad ng mga black hole at dark energy, kung saan ang mga eksperimento ay sadyang hindi posible.

Sinasabi ng mga siyentipiko mula sa Estados Unidos na lumikha ng isang sangkap na may negatibong masa sa laboratoryo. Ang sangkap na ito ay isang likido na may isang napaka hindi pangkaraniwang katangian. Halimbawa, kung itulak mo ang likidong ito, makakatanggap ito ng negatibong acceleration, iyon ay, paatras, hindi pasulong. Ang ganitong kakaiba ay maaaring sabihin sa mga siyentipiko ng maraming tungkol sa kung ano ang nangyayari sa loob ng hindi bababa sa kakaibang bagay tulad ng mga black hole at neutron star.
Gayunpaman, maaari bang magkaroon ng negatibong masa ang isang bagay? pwede ba?

Sa teorya, maaaring magkaroon ng negatibong masa ang matter sa parehong paraan na maaaring magkaroon ng negatibo o positibong halaga ang isang electric charge.

Sa papel, ito ay gumagana, ngunit mayroong isang mainit na debate sa mundo ng agham tungkol sa kung ang mismong pagpapalagay ng pagkakaroon ng isang bagay na may negatibong masa ay lumalabag sa mga pangunahing batas ng pisika. Para sa atin, ordinaryong mga tao, ang konseptong ito ay tila masyadong kumplikado upang maunawaan.

kaugalian ng batas mekanikal na paggalaw o, mas simple, ang pangalawang batas ni Newton ay ipinahayag ng formula A=F/M. Iyon ay, ang acceleration ng isang katawan ay katumbas ng ratio ng puwersa na inilapat dito sa masa ng katawan. Kung itinakda mo negatibong kahulugan masa, pagkatapos ang katawan, medyo lohikal, ay makakatanggap ng negatibong acceleration. Isipin mo, natamaan mo ang bola, at gumulong ito sa iyong binti.

Gayunpaman, ang tila kakaiba sa atin ay hindi kailangang imposible, at ang mga teoretikal na pagsasanay sa itaas ay ang pinakamahusay na paraan upang patunayan na ang negatibong masa ay maaaring umiral sa ating Uniberso nang hindi nilalabag ang pangkalahatang teorya ng relativity.

Ang pagnanais na maunawaan ang lahat ng ito ay nagbunga ng mga aktibong pagtatangka ng mga mananaliksik na muling likhain ang negatibong masa sa laboratoryo, tulad ng nakikita natin, kahit na may ilang tagumpay.

Sinabi ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Washington na nagtagumpay sila sa pagkuha ng isang likido na kumikilos nang eksakto kung paano dapat kumilos ang isang katawan na may negatibong masa. At ang kanilang natuklasan ay maaaring magamit sa wakas upang pag-aralan ang ilan kakaibang phenomena sa kaibuturan ng sansinukob.

Upang lumikha ng kakaibang likidong ito, gumamit ang mga siyentipiko ng mga laser upang palamig ang mga atomo ng rubidium hanggang sa halos ganap na zero, na lumilikha ng tinatawag na Bose-Einstein condensate.

Sa ganitong estado, ang mga particle ay gumagalaw nang napakabagal at kakaiba, sumusunod sa kakaibang mga prinsipyo ng quantum mechanics sa halip na klasikal na pisika, iyon ay, nagsisimula silang kumilos tulad ng mga alon.

Ang mga particle ay nag-synchronize din at gumagalaw nang sabay-sabay, na bumubuo ng isang superfluid substance na maaaring gumalaw nang hindi nawawala ang enerhiya sa pamamagitan ng friction.
Gumamit ang mga siyentipiko ng mga laser upang lumikha ng isang superfluid mababang temperatura, pati na rin upang mailagay ito sa isang hugis-mangkok na field na wala pang 100 microns ang lapad.

Hangga't ang supermatter ay nanatiling nakalagay sa espasyong ito, mayroon itong ordinaryong masa at medyo pare-pareho sa konsepto ng isang Bose-Einstein condensate. Hanggang sa napilitan siyang gumalaw.

Gamit ang pangalawang hanay ng mga laser, pinilit ng mga siyentipiko ang mga atom na lumipat pabalik-balik, bilang isang resulta kung saan ang kanilang pag-ikot ay nagbago at rubidium, na nagtagumpay sa hadlang ng "mangkok", mabilis na tumalsik palabas. Gayunpaman, parang ito ay may negatibong masa. Ayon sa mga siyentipiko, ang impresyon ay tulad na ang likido ay natitisod sa isang hindi nakikitang hadlang at naitaboy mula dito.

Kaya, kinumpirma ng mga mananaliksik ang mga pagpapalagay tungkol sa pagkakaroon ng negatibong masa, ngunit ito ay simula pa lamang ng paglalakbay. Ito ay nananatiling upang makita kung ang tuluy-tuloy na pag-uugali sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo ay nauulit at sapat na maaasahan upang subukan ang ilang mga pagpapalagay tungkol sa mga negatibong masa. Kaya, huwag magsaya nang maaga, ang ibang mga koponan ay kailangang ulitin ang mga resulta sa kanilang sarili.

Isang bagay ang sigurado, ang physics ay nagiging mas kawili-wili at nagkakahalaga ng pagkuha ng interes.

1. Bakit ang oras ay dumadaloy lamang. Ipinaliwanag ng mga Physicist "Ang oras ang pumipigil sa lahat na mangyari nang sabay-sabay," isinulat ni Ray Cummings sa kanyang nobelang science fiction noong 1922...
2. Mga Wormhole, Wormhole, at Time Travel Ang wormhole ay isang theoretical passage sa space-time na lubos na makakabawas sa malayuang paglalakbay sa buong uniberso sa pamamagitan ng paggawa ng mga shortcut...

Iminungkahi ng British astrophysicist na si Jamie Farnes modelo ng kosmolohiya, kung saan ang negatibong masa ay ginawa gamit ang pare-pareho ang bilis sa buong ebolusyon ng uniberso. Ang modelong ito ay sumasalungat sa pangkalahatang tinatanggap na pagtingin sa likas na katangian ng bagay, gayunpaman, ito ay mahusay na nagpapaliwanag sa karamihan ng mga epekto na kadalasang iniuugnay sa madilim na bagay at madilim na enerhiya, lalo na, ang pagpapalawak ng Uniberso, ang pagbuo ng isang malakihang istraktura. ng Uniberso at ang galactic halo, ang mga curve ng pag-ikot ng mga galaxy at ang naobserbahang spectrum ng cosmic microwave background radiation. Artikulo na inilathala sa Astronomy at Astrophysics, ang isang preprint ng trabaho ay makukuha sa arXiv.org.

Sa kasalukuyan, naniniwala ang karamihan sa mga kosmologist na ang ebolusyon ng Uniberso ay inilarawan ng modelong ΛCDM. Ayon sa modelong ito, humigit-kumulang 70 porsiyento ng masa ng uniberso ay dark energy, 25 porsiyento ay malamig na dark matter (iyon ay, matter na ang mga particle ay mabagal na gumagalaw), at ang natitirang 5 porsiyento lamang ang baryonic matter na pamilyar sa atin. Natukoy ng mga siyentipiko ang mga ratio na ito sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga harmonika sa pattern ng background ng radiation. Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol sa pagsukat ng "komposisyon" ng Uniberso sa mga artikulo ni Boris Stern tungkol sa WMAP at Planck satellite, na naging pangunahing kontribusyon sa gawaing ito.

Sa kasamaang palad, ang mga siyentipiko ay may mahinang pag-unawa sa kung ano ang madilim na bagay at madilim na enerhiya. Wala sa mga ultra-tumpak na eksperimento upang maghanap ng mga particle ng dark matter na hinulaang ng ilang teoretikal na mga modelo(hal. SUSY) hindi kailanman nasubok na positibo. Sa kasalukuyan, ang scattering cross section para sa mga ordinaryong particle at "dark" particle na may masa mula 6 hanggang 200 megaelectronvolts ay nasa order na 10 −47 parisukat na sentimetro, na halos nag-aalis ng mga particle sa hanay ng masa na ito at pinipilit ang mga physicist na umunlad alternatibong teorya. Gayunpaman, ang madilim na bagay ay nagpapakita pa rin ng sarili sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational, binabago ang mga curve ng pag-ikot ng mga kalawakan at ang larawan, ngunit dahil ang mga siyentipiko mula sa hypothesis na ito.

Mas malala pa ang dark energy. Ang tanging obserbasyon na direktang nagpapatunay sa pagkakaroon nito, anuman ang pagsusuri ng background radiation, ay ang pinabilis na pagpapalawak ng Uniberso, na sinusukat ng (hindi direkta, ang madilim na enerhiya ay nakumpirma ng ratio mga elemento ng kemikal sa nakikitang uniberso). Bukod dito, ang mga physicist ay may mahinang pag-unawa sa kung ano ang madilim na enerhiya sa Earth. pangunahing antas . tiyak, nang may husay maaari itong ilarawan gamit ang cosmological constant (lambda term) sa , ngunit ang pamamaraang ito ay hindi nagbibigay ng bagong kaalaman at hindi pinapayagan ang isa na itatag kung ano ang binubuo nito madilim na enerhiya. Ipinaliwanag ni Einstein ang naturang mga additives sa tulong ng mga particle na may negatibong masa - sa diskarteng ito, ang mga equation ng paggalaw ay nagiging simetriko, tulad ng mga equation ng electrodynamics, at ang termino ng lambda ay lumilitaw bilang isang pare-parehong pagsasama, na hindi naglalaman ng pisikal na kahulugan.

Ang bagay na may negatibong masa ay bagay na bumibilis sa kabaligtaran ng direksyon sa puwersa. Ang isang particle na may negatibong masa ay nagtataboy sa mga particle na may positibo at negatibong masa, habang ang mga "positibong" ay umaakit ng mga "negatibo". Sa kasamaang palad, sa loob ng balangkas ng modelong ΛCDM, ang ganitong paraan ng paglalarawan ng madilim na enerhiya ay malinaw na mapapahamak sa kabiguan. Ang katotohanan ay na sa panahon ng pagpapalawak ng Uniberso, ang density ng iba't ibang mga bahagi ay nagbabago ayon sa iba't ibang mga batas: ang density ng malamig na bagay ay bumababa, habang ang density ng madilim na enerhiya ay nananatiling pare-pareho. Samakatuwid, imposibleng makilala ang bagay na may negatibong masa at madilim na enerhiya.

Pakikipag-ugnayan ng mga particle na may negatibong masa: ang mga itim na arrow ay nagpapahiwatig ng mga puwersa, ang mga pulang arrow ay nagpapahiwatig ng mga acceleration.

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Pakikipag-ugnayan ng mga particle na may positibo at negatibong masa: ang mga itim na arrow ay nagpapahiwatig ng mga puwersa, ang mga pulang arrow ay nagpapahiwatig ng mga acceleration

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Pakikipag-ugnayan ng mga particle na may positibong masa: ang mga itim na arrow ay nagpapahiwatig ng mga puwersa, ang mga pulang arrow ay nagpapahiwatig ng mga acceleration

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Gayunpaman, inaangkin ng astrophysicist na si Jamie Farnes na naiugnay niya ang ideya ni Einstein sa data ng pagmamasid. Upang gawin ito, pinagsama niya ang ideya ng negatibong masa sa isa pang counterintuitive na ideya tungkol sa tuluy-tuloy at pare-parehong produksyon ng masa sa dami ng uniberso. Ang ideyang ito ay malayo rin sa bago, una itong iminungkahi noong 40s ng huling siglo.

Theoretically, ang mga naturang proseso ay maaaring mangyari laban sa backdrop ng isang malakas larangan ng gravitational(halimbawa, sa gastos ng). Isinasaalang-alang ang mga naturang pagdaragdag sa karaniwang tensor ng momentum ng enerhiya para sa mga positibong masa, isinulat at nilutas ng physicist ang Friedmann equation, at pagkatapos ay kinakalkula ng kung anong batas ang pinalawak ng Uniberso sa modelong ito. Hindi isinasaalang-alang ng mga siyentipiko ang mga kontribusyon ng karaniwang madilim na bagay at madilim na enerhiya. Bilang resulta, ito pala sikat na batas ay muling ginawa kung ang negatibong masa ay ginawa sa isang pare-parehong bilis Γ = −3 H, saan H ay ang Hubble constant. Sa kasong ito, ang negatibong mass density ay mananatiling pare-pareho sa panahon ng pagpapalawak, at ito ay epektibong magmomodelo ng cosmological constant. Sa kasong ito, ang bilis ng pagpapalawak at ang buhay ng Uniberso ay pareho sa modelong ΛCDM.

Kinakalkula ng astrophysicist kung paano lalabas ang negatibong masa sa mas maliliit na kaliskis. Upang gawin ito, siya ay nagmodelo, sa loob ng kanyang modelo, ang pakikipag-ugnayan ng isang malaking bilang ng mga particle ng positibo at negatibong masa. Dahil ang lahat ng umiiral na mga pakete ng astrophysical ay hindi isinasaalang-alang ang mga hindi pangkaraniwang pagbabago, kinailangan ni Farnes na bumuo ng kanyang sariling programa. Upang maiwasan ang anumang mga pagtatantya sa kurso ng mga kalkulasyon, kinakalkula ng mananaliksik ang mga coordinate at bilis ng bawat particle sa bawat sandali ng oras - ginawa nitong posible na madagdagan ang pagiging maaasahan ng mga hula, kahit na ang mga hinihingi ng programa sa mga mapagkukunan ng pag-compute ay lumago bilang parisukat ng bilang ng mga particle. Sa partikular, dahil dito, kailangang limitahan ng siyentipiko ang kanyang sarili sa pagmomodelo ng 50 libong mga particle.

Gamit ang binuo na programa, nakita ni Farnes ang ilang mga epekto na tradisyonal na iniuugnay sa madilim na bagay. Una, itinulad niya ang ebolusyon ng isang siksik na grupo ng mga particle na may positibong masa na nakalubog sa isang "dagat" ng mga particle ng negatibong masa. Ang ganitong sistema ay dapat husay na naglalarawan sa ebolusyon ng mga kalawakan sa mga huling yugto pagpapalawak ng Uniberso, kapag ang mga "negatibong" particle ay makabuluhang nangingibabaw sa "positibo". Sa problemang ito, pinili ng siyentipiko ang bilang ng mga "positibong" particle N+= 5000, ang bilang ng negatibo N− = 45000. Bilang resulta, nakakuha siya ng pamamahagi ng density na naaayon sa data ng pagmamasid - dahan-dahang tumataas ang density ng mga particle kapag papalapit sa gitna ng kalawakan at tumutugma sa profile ng Burkert. Nilulutas nito ang "cuspy halo problem" na nangyayari sa modelong ΛCDM.

Ang ebolusyon ng isang "galaxy" ng positibong bagay na nakalubog sa "dagat" negatibong bagay

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Galaxy mass profile na kinakalkula ng Farnes (asul) at naobserbahan sa pagsasanay (pink na may tuldok na linya)

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Pangalawa, sa parehong paunang data, kinakalkula ng siyentipiko ang curve ng pag-ikot ng kalawakan at nalaman na ito rin ay tumutugma nang maayos sa data ng pagmamasid. Habang nasa modelong may purong "positibong" mga particle, ang bagay sa gilid ng kalawakan ay gumagalaw nang mas mabagal kaysa sa gitna, sa modelo na may nangingibabaw na "negatibong" mga particle, ang bilis ay humigit-kumulang pare-pareho.

Rotation curve ng isang kalawakan na nakalubog sa isang "dagat" ng negatibong bagay (pula) at isang "libre" na kalawakan (itim)

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Pangatlo, ipinakita iyon ni Farnes sa kanyang modelo natural isang filamentous na malakihang istruktura ng Uniberso ang lumitaw: ang mga kalawakan ay nagsasama-sama sa mga kumpol, mga kumpol sa mga supercluster, at mga supercluster sa mga tanikala at dingding. Para magawa ito, kinakalkula niya ang ebolusyon ng isang sistemang naglalaman parehong numero"positibo" at "negatibong" mga particle. Dahil sa mga limitasyon sa magagamit na kapangyarihan sa pag-compute, inilagay ng siyentipiko ang bilang ng parehong uri ng mga particle N + = N− = 25000. Tulad ng sa nakaraang kaso, ang mga "negatibong" particle ay nakapalibot sa mga particle ng ordinaryong bagay at bumubuo ng isang halo, ngunit sa pagkakataong ito ang mananaliksik ay nagawang makilala ang mga pattern sa mas malalaking kaliskis na kahawig ng istraktura ng nakikitang Uniberso.

Homogeneous na istraktura Universe sa simula ng simulation

Jamie Farnes / Astronomy at Astrophysics

Magrehistro para sa pagsasanay. Sa kasamaang palad, hindi niya nakita ang epektong ito sa mga simulation na may 50,000 particle. Gayunpaman, umaasa ang siyentipiko na sa mas malalaking simulation na may isang milyong mga particle, ang mga naturang proseso ay maaaring mapansin, at nagmumungkahi din na papayagan nila kaming kumpirmahin o pabulaanan ang isang bagong teorya.

Sa wakas, sinuri ng siyentipiko kung gaano ang iminungkahing pagbabago ng modelong ΛCDM ay makakasira sa aktwal na naobserbahang mga epekto - ang pagpapalawak ng Uniberso, na sinusukat ng mga karaniwang kandila, ang relic na background at mga obserbasyon ng mga pagsasanib ng mga kumpol ng kalawakan. Sa lahat ng mga kasong ito, natuklasan ng astrophysicist na ang kanyang hypothesis ay hindi sumasalungat sa naobserbahang data. Gayunpaman, ang ilang mga katanungan ay nananatiling bukas - lalo na, hindi malinaw kung paano iugnay ang gayong hypothesis sa Standard Model (maaari bang makabuo ng negatibong masa ang mekanismo ng Higgs?), kung paano mag-eksperimentong makita ang mga particle na may negatibong masa, at kung paano ipaliwanag ang mga kontradiksyon sa pagitan ng pagtanggi ng mga "negatibong" particle at teorya. Gayunpaman, naniniwala ang siyentipiko na ang lahat ng mga problemang ito ay malulutas sa loob ng balangkas ng bagong modelo.

Kaya, ang modelo na may patuloy na produksyon ng negatibong masa ay nagpapaliwanag hindi lamang sa naobserbahang pagpapalawak ng Uniberso, kundi pati na rin sa pagbuo ng malakihang istruktura nito, dark matter halos sa paligid ng mga kalawakan at mga curve ng pag-ikot - karamihan sa mga epekto na kadalasang nauugnay sa madilim. enerhiya at madilim na bagay. Kakatwa, ganoon intuitively hindi natural hypothesis, na salungat sa pangkalahatang tinatanggap na pagtingin sa bagay, ay medyo pare-pareho na may data ng pagmamasid. Bukod dito, nag-aalok siya upang ipaliwanag ang mga ito nang higit pa sa simpleng paraan, na kinasasangkutan ng mas kaunting entity. Gaya ng isinulat mismo ng may-akda sa konklusyon, “Bagama't ang panukalang ito ay tumalikod at erehe, [ang artikulo] ay nagmungkahi na mga negatibong halaga Ang mga parameter na ito ay maaaring, sa prinsipyo, ipaliwanag ang data ng mga obserbasyon sa kosmolohiya, na palaging binibigyang-kahulugan sa loob ng balangkas ng isang makatwirang pagpapalagay ng isang positibong masa."

Minsan sinasabi ng mga physicist na maganda hindi pangkaraniwang ideya upang ipaliwanag ang mga naobserbahang kontradiksyon sa pagitan ng teorya at eksperimento. Halimbawa, noong Nobyembre noong nakaraang taon, ipinakilala ng American theoretical physicist na si Hooman Davoudiasl bagong lakas, na dinadala ng isang ultralight na scalar particle at tinataboy ang madilim na bagay mula sa Earth. Ang palagay na ito ay mahusay na nagpapaliwanag sa mga pagkabigo ng lahat ng mga eksperimentong panlupa upang maghanap ng madilim na bagay - kung talagang umiiral ang gayong puwersa, ang mga detektor, sa prinsipyo, ay hindi makapagrehistro ng anuman. Sa kasamaang palad, ang assertion na ito ay maaaring ma-verify gamit ang kasalukuyang lebel hindi posible ang pag-unlad ng teknolohiya.

Dmitry Trunin